Ученые создают материал, повышающий энергоэффективность зданий
Ученые Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н. Э. Баумана (https://t.me/nti_bmstu) и Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН разрабатывают композиционный материал, который, благодаря способности к накоплению энергии, может поддерживать комфортную температуру в системе горячего водоснабжения и теплоснабжения при кратковременных отключениях энергии.
Материалы с фазовым переходом, называемые сокращенно МФП, могут использоваться для теплового хранения энергии, теплового менеджмента, то есть защиты от перегрева электронных компонентов, регулирования теплового режима внутри помещений, а также в качестве портативных теплоаккумуляторов для медицины и физиотерапии и пр., рассказал руководитель группы спектроскопии наноматериалов ФИЦ ПХФ и МХ РАН Сергей Баскаков.
«Добавки композитов МФП в строительные материалы, например, в строительные смеси, позволят поддерживать более комфортную температуру в жилых помещениях от пяти часов до суток. Это возможно за счет сглаживания колебаний дневных и ночных температур в процессе накопления и отдачи скрытого тепла. Кроме этого, добавки наиболее распространенных МФП (парафины, воск, жирные кислоты) увеличивают гидрофобные свойства отделочных материалов, что замедляет или полностью исключает процессы грибкового поражения стен, потолков и полов, что особенно актуально для влажных помещений», — объяснил эксперт.
Кроме того, с их помощью могут быть созданы системы для домов с околонулевым потреблением энергии, добавил эксперт. По его словам, если в здании установить накопитель тепла с композитом МФП объемом 100 л со скрытым тепловым эффектом около 220 кДж/кг, то накопленного тепла хватит для нагрева приблизительно 175 л воды на 30°С.
«В строительной отрасли мы видим тенденцию на снижение потребления тепловой энергии зданиями за счёт применения современных теплоизоляционных материалов и ограждающих конструкций. Способность данных материалов поглощать и выделять тепловую энергию может быть использована для улучшения тепловых характеристик зданий. Энергетический и экономический эффект от применения МФП в строительных конструкциях составляет от 2 до 13 % и зависит как от типа материала, так и от региона применения, что является значимым», — дополняет ведущий инженер Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н. Э. Баумана Вадим Истомин.
Для регионов, где продолжительное время в году низкие температуры, МФП-композиты могут использоваться и в портативных вариантах теплоаккумуляторов в термофорах («грелках») для обогрева тела сухим теплом. Существенным отличием таких теплоаккумуляторов от грелок с водой будет отдача тепла в узком интервале температур (50-60°С), а также возможность быстрого заряда с помощью бытовой микроволновой печи.
Основной механизм работы МФП состоит в поглощении тепла в процессе плавления и выделения тепла в процессе затвердевания, то есть материал выступает в роли аккумулятора тепла, объяснил Баскаков. МФП по своей природе условно можно разделить на органические и неорганические, добавил он. Так, неорганические МФП включают соли, металлы и их сплавы, в то время как парафины, жирные кислоты и спирты входят в состав органических МФП, объяснил Баскаков. Известных массово выпускаемых аналогов таких материалов, по его словам, на данный момент нет.
«Основной задачей проекта является увеличение теплопроводности таких МФП-композитов, для этого используются разработанные в ФИЦ ПХФ и МХ РАН графеновые материалы. Увеличение теплопроводности МФП позволит увеличить скорость заряда и разряда теплоаккумулятров на их основе, что повысит их эффективность», — объяснил эксперт.