Wenn das Wetter zu heiß ist, ziehen Sie ihnen einfach das an und das Problem ist gelöst!

Wenn wir die Außentemperatur spüren, halten wir unsere Körpertemperatur aufrecht, indem wir Kleidung an- oder ausziehen. Wussten Sie, dass dies nicht nur dem Menschen gelingt, sondern dass auch intelligente Baumaterialien durch „Abnehmen einer Schicht“ und „Auftragen einer Schicht“ eine konstante Temperatur im Gebäude unter Bedingungen geringen Energieverbrauchs aufrechterhalten können? Schauen wir uns an, wie das erreicht wird!

Gebäudekomplex. Copyright-Bilder in der Galerie. Der Nachdruck und die Verwendung können zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen.

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Neue „Chamäleon“-Baumaterialien entstehen

Die Forscher nutzten die relevanten Erkenntnisse der Elektrochemie und Optik, um ein intelligentes Baumaterial geschickt zu entwerfen. Dieses Material kann je nach Änderung der Außentemperatur chemische Reaktionen eingehen und seine Farbe ändern, um Energie freizusetzen oder aufzunehmen, genau wie ein „Chamäleon“.

Das Material enthält Schichten, die zwischen fester und flüssiger Phase wechseln können. Sie bestehen aus massivem Kupfer, das Infrarotenergie speichern und so die Temperatur erhöhen kann, und einer wässrigen Elektrolytlösung, die Infrarotstrahlen abgeben und so die Temperatur senken kann.

Wenn sich die Temperatur um das Material herum ändert, kann die Zufuhr einer kleinen Menge Elektrizität zu chemischen Veränderungen der Metallpartikel führen, wodurch die Ablagerungsmorphologie der Nanopartikel im Material reguliert wird und sich letztlich die Emissivität des Materials für Infrarot-Wärmestrahlung ändert, um eine Temperaturregulierung zu erreichen.

Schematische Darstellung der Materialfarbänderung. Bildquelle: Referenz [1]

Im heißen Sommer kann dieses Baumaterial mehr als 90 % der Infrarotwärme freisetzen, um die Temperatur im Gebäude zu senken . Im kalten Winter gibt es nicht mehr als 10 % Infrarotwärme ab, um die Temperatur im Gebäude aufrechtzuerhalten . Der Strombedarf bei dieser Umstellung ist äußerst gering, wodurch ca. 8 % des Heizenergieverbrauchs eingespart werden können. Mit diesem Material können wir die Unannehmlichkeiten, die durch plötzliche Wetteränderungen entstehen, bis zu einem gewissen Grad reduzieren.

Bislang hat das Forschungsteam lediglich Materialfragmente mit einer Breite von höchstens 10 cm entwickelt. Die Montage, Kommerzialisierung und Verbesserung der Methoden zur Herstellung von Materialien werden weiterhin kontinuierlich erforscht. Man geht davon aus, dass der Beginn des Zeitalters intelligenter Materialien einen größeren Beitrag zu einer nachhaltigen Zukunft leisten wird.

Materialfragmente. Bildquelle: Referenz 1

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Welche weiteren energiesparenden und umweltfreundlichen Baustoffe gibt es?

Neben den oben genannten „Chamäleon“-Materialien werden in der heutigen Bauindustrie viele energiesparende und umweltfreundliche Baumaterialien verwendet, darunter sowohl künstliche als auch natürliche Materialien. Schauen wir uns an, was sie sind.

1. Energiesparglas

Glas nimmt in Gebäuden eine große Fläche ein und der Energieverlust durch Glas kann bis zu 50 % des Energieverbrauchs des gesamten Gebäudes ausmachen . Im Sommer dringt die starke Sonnenstrahlung der sengenden Sonne durch das Glas und erhöht die Innentemperatur. Im Winter kann die Wärme im Innenraum durch das Glas nach außen abgegeben werden. Es zeigt sich, dass der Einsatz von energiesparendem Temperierglas von entscheidender Bedeutung ist.

Eine Vielzahl intelligenter temperaturgeregelter Gläser ist auf den Markt gekommen. Photochromes Glas wird durch Zugabe spezieller Materialien zum Glas hergestellt. Bei Sonneneinstrahlung verändert sich die Farbe des Glases, wodurch die Lichtdurchlässigkeit beeinträchtigt wird und eine Temperaturregelung im Innenbereich erreicht wird.

Das Hohlglas, das durch die Verbindung mehrerer Glasstücke mit einem Rahmen aus Aluminiumlegierung mithilfe eines hochfesten Klebstoffs hergestellt wird, hat eine gute wärmeisolierende Wirkung und sorgt dafür, dass die Innentemperatur im Winter gut aufrechterhalten werden kann.

Darüber hinaus kann durch die Beschichtung des Glases mit Folienprodukten mit unterschiedlichen Funktionen auch eine intelligente Steuerung der Lichtdurchlässigkeit und -reflexion erreicht werden, wodurch die Wärmeenergie im Innenbereich effektiv erhöht werden kann. Glas mit Mehrfachfunktionen wie geringer Emissivität und Wärmereflexion wird immer häufiger angeboten und trägt erheblich zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung bei.

Energiesparglas. Copyright-Bilder in der Galerie. Der Nachdruck und die Verwendung können zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen.

2. Hochleistungsbeton

Beton ist der am häufigsten verwendete Baustoff. Durch die Verwendung von Hochleistungsbeton werden große Mengen Zement und Stahl eingespart und der Ausstoß schädlicher Stoffe wie Kohlendioxid weiter verringert.

Darüber hinaus werden dem Beton verschiedene Funktionsstoffe zugesetzt, beispielsweise Titandioxid, das Schadstoffe aus der Luft absorbieren kann. Darüber hinaus haben Forscher eine Zementmischung mit phosphoreszierenden Materialien entwickelt, um herkömmlichen Beton zu ersetzen. Dieses Material absorbiert tagsüber Sonnenlicht und kann nachts leuchten, wodurch Energie gespart wird.

Phosphoreszierender Beton absorbiert tagsüber Licht und leuchtet nachts. Bildquelle: ArchDaily

3. Bambus

Bambus ist ein natürliches organisches Polymer, das hauptsächlich aus dünnwandigen Zellen und Gefäßbündeln besteht. Bambus ist sehr stoß- und erdbebensicher und seine innere Hohlraumstruktur sorgt dafür, dass seine Wärmeleitfähigkeit viel geringer ist als die von Beton. Bambuskonstruktionen werden üblicherweise mit Isolierwolle gefüllt, sodass ihre Wärmedämmleistung viel besser ist als bei herkömmlichem Beton und der Energieverbrauch des Hauses erheblich gesenkt wird .

Bambus. Copyright-Bilder in der Galerie. Der Nachdruck und die Verwendung können zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen.

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Abschluss

Im Jahr 2021 überstieg der Energieverbrauch der Bauindustrie 30 % des weltweiten Energieverbrauchs und die Kohlendioxidemissionen erreichten ein Äquivalent von 10 Milliarden Tonnen, was 10 % der gesamten Treibhausgase entspricht.

In einem solchen Umfeld ist die Verwendung kohlenstoffarmer, umweltfreundlicher, energiesparender und grüner Baumaterialien von entscheidender Bedeutung für die nachhaltige Entwicklung der gesamten Menschheit. Mit dem Fortschritt der Technologie werden die Menschen zwangsläufig intelligentere Baumaterialien verwenden. Unser Leben ist untrennbar mit Baumaterialien verbunden. Beginnen wir also mit der Auswahl grüner und umweltfreundlicher Baumaterialien und arbeiten wir gemeinsam daran, unser schönes Zuhause zu erhalten!

Quellen:

[1] Chenxi Sui, Jiankun Pu, Ting-Hsuan Chen et al. Dynamischer Elektrochromismus für ganzjährige Strahlungsthermoregulierung. Nat Sustain (2023). https://doi.org/10.1038/s41893-022-01023-2.

[2] Cai Qiting, Wu Yanting. Förderung der Verwendung umweltfreundlicher Baumaterialien, um ein neues Muster für eine kohlenstoffarme Entwicklung der Industrie-Stadt-Integration zu schaffen[J]. Marktaufsicht und -management, 2022(18):1.

[3] Wu Zhenbing. Anwendung umweltfreundlicher Baustoffe im Bauwesen[J]. Ingenieurwesen und Bauwesen, 2022(003):036.

[4] Zhang Ting. Forschung zu einem kohlenstoffarmen Gebäudemanagementsystem basierend auf dem Konzept der ökologischen Stadt[J]. Urbane Architektur, 2017(8):1.

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Shi Wuyao Populärwissenschaftlicher Schöpfer

Hersteller: China Science Expo

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