اختصاصی بسپار/ نوآوریها و فناوریهای نوین: پوشرنگها و پوششها برای خنکسازی ساختمان ها
بسپار/ایران پلیمر در این مقاله، نگاهی اجمالی خواهیم داشت به اختراعات، نوآوریها و جنبههای تجاریسازی پوشرنگها و پوششهایی که بدون نیاز به تجهیزات سرمایشی مکانیکی، امکان خنکسازی غیرفعال ساختمان ها را فراهم میکنند. پوششهای بازتابندهی خورشیدی سالهاست که در بازار وجود دارند و به ویژه در سقفهای بازتابندهی ساختمانهای تجاری مورد استفاده قرار میگیرند. در این پژوهش، پیشرفتهای اخیر در توسعهی پوششهای نازکی بررسی شدهاند که نهتنها پرتوهای خورشیدی را بازتاب میدهند، بلکه تابش گرمایی را نیز از طریق «پنجرهی اتمسفری» منتشر میکنند؛ فرآیندی که به خنک شدن بیشتر سطوح منجر میشود. همچنین نوآوریهای اخیر در زمینهی ساخت این نوع پوششها بررسی شدهاند؛ نوآوریهایی که میتوانند مسیر را برای تجاریسازی آنها هموار کنند. در ادامه، فهرستی از پتنتها و مقالات برجستهی اخیر ارائه شده است. البته این فهرست کامل یا جامع نیست و احتمالاً برخی از پتنتها یا مقالات مهم از قلم افتادهاند. با این حال، این مرور و فهرست ارائه شده در راستای هدف این بخش است: جلب توجه به موضوع اختراعات، نوآوریها و فناوریهای نوینی که میتوانند نقشی مهم در دستیابی جهانی به هدف انتشار خالص صفر کربن ایفا کنند.
مقدمه
در پی گرم شدن کره زمین، نیاز به انرژی برای خنکسازی به طور چشمگیری در حال افزایش است. سامانههای سرمایشی مکانیکی رایج، مصرف برق قابل توجهی دارند که این خود منجر به تولید گازهای گلخانهای میشود. حدود ۱۲٪ از کل برق مصرفی در جهان صرف سامانههای گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) ساختمانها میشود. همچنین نزدیک به ۲۵٪ از کل انتشار دیاکسیدکربن ، مربوط به است. از اینرو، توسعه پوششهای نازکی که بتوان آنها را به صورت پوشرنگ روی سطوح مختلف اعمال کرد که هم از طریق بازتاب گرمای خورشید و هم با انتشار تابش مادون قرمز به فضای عمیق کیهانی باعث خنکشدن ساختمان شوند، میتواند به طور اساسی در دستیابی به هدف جهانی انتشار خالص صفر کربن مؤثر باشد.
پوششهای بازتابندهی خورشیدی، که با عنوان «پوششهای سقف خنک» نیز شناخته میشوند، چند دههای است که به صورت تجاری در دسترس هستند. با این حال، سهم آنها تنها حدود ۳٪ از کل بازار پوشرنگها و پوششها را تشکیل میدهد. پیشرفتهای اخیر در حوزهی پوششهای نازک، از «پنجرهی شفاف مادون قرمز» (پنجرهی آسمان) در بازهی طول موج ۱۳–۸ میکرومتر استفاده میکنند تا از طریق تابش، گرمای سطح را مستقیماً به فضای سرد خارج از جو ـ که دمایی در حدود ۳ کلوین (۲۷۰- درجه سانتیگراد) دارد ـ منتقل کنند. این فناوری، که تحت عنوان «خنکسازی تابشی» یا «خنکسازی تابشی پایینتر از دمای محیط» شناخته میشود، به تدریج به مرحلهی تجاریسازی نزدیک میشود.
بر خلاف بسیاری از فناوریهای خورشیدی دیگر، پوششهای نازکی که قابلیت اعمال شدن به صورت پوشرنگ را دارند، عملاً جایگزینی برای محصولی هستند که سالهاست توسط مردم استفاده میشود: پوشرنگها و پوششهای ساختمانی. به همین دلیل، آگاهی، شناخت و نگرش مصرفکنندگان نقش تعیینکنندهای در مسیر تجاریسازی و استفادهی گسترده از این فناوری دارند. یکی از عوامل کلیدی در انتخاب پوشرنگها، جنبهی زیباییشناسی آنهاست که به اندازهی قیمت و کارایی، اهمیت دارد. مطالعات اخیر نیز اهمیت ظاهر زیباییشناختی این پوششها را نشان دادهاند و طی سالهای گذشته، پژوهشگران متعددی بر این موضوع تأکید کردهاند. همچنین، عامل غیر فنی دیگری که بر استفادهی گسترده تأثیر زیادی دارد، میزان آگاهی مصرفکنندگان است.
پوششهای بازتابندهی خورشیدی
پوششهای بازتابندهی خورشیدی بیش از چهار دهه است که به عنوان پوششهای سقف در بازار موجود هستند و بعدها به عنوان پوشش دیوار نیز مورد توجه قرار گرفتند تا نور مستقیم و پراکنده خورشید را بازتاب دهند. این پوششها عمدتاً سفید رنگ هستند که به دلیل درخشش زیاد، ممکن است برای چشم آزاردهنده باشند. همچنین، به دلیل گرد و غبار و شرایط جوی، پس از گذشت چند ماه، رنگ این پوششها تغییر میکند و کارایی آنها کاهش مییابد.
برای پاسخ به دغدغههای زیباییشناختی، پوششهای موسوم به «پوشرنگهای خنک» توسعه یافتهاند تا با سلیقهی بازار ساختمانسازی هماهنگتر باشند. این پوششها به صورت انتخابی، بخشی از طیف مرئی نور خورشید را جذب میکنند و به این ترتیب، رنگ مشخصی ایجاد میکنند؛ در عین حال، در ناحیهی نزدیک به مادون قرمز، بازتاب بالایی دارند و از گرم شدن سطح جلوگیری میکنند. در این پوششها، به طور سنتی از ذرات توخالی شیشهای، سیلیکا یا سرامیکی استفاده شده است که نسبت به نور مرئی شفافاند اما بخش مادون قرمز نور خورشید را به خوبی بازتاب میدهند، و همراه با رنگدانه به کار میروند. البته این نوع پوششها بخش زیادی از طیف مرئی را جذب میکنند و در نتیجه نسبت به رنگهای سفید بازده کمتری دارند، اما از نظر ظاهری جذابترند.
یکی از نوآوریهای کلیدی در پوششهای بازتابندهی خورشیدی، استفاده از «رنگدانههای فلورسنت» است. فلورسانس، یعنی توانایی برخی ترکیبات برای جذب انرژی در یک کحدوده فرکانسی و بازتاب آن در فرکانسی دیگر، که پدیدهای شناخته شده است؛ اما به تازگی در پوششهای «خنک» از رنگدانههای فلورسنت برای کاهش جذب نور مرئی استفاده شده است. یکی از نمونههای این رنگدانهها، بلورهای سنتزی یاقوت سرخ هستند که بخشی از نور مرئی خورشید (در بازهی ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر) را جذب میکنند و آن را به صورت خودبهخود در ناحیهی نزدیک مادون قرمز (۷۰۰ تا ۲۵۰۰ نانومتر) بازتاب میدهند. از آنجا که این بازتاب در ناحیهی مادون قرمز صورت میگیرد، در رنگ ظاهری پوشش تغییری ایجاد نمیشود.
(ادامه دارد …)
مترجم: مهندس عفت حنیفهزاده، فارغالتحصیل کارشناسی ارشد مهندسی پلیمر، دانشگاه امیرکبیر
متن کامل این مقاله را در شماره 273 دو ماهنامه پوشرنگ از گروه مجلات بسپار که در پایان تیرماه 1404 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
