绿色的房子

化学如何有助于减少能源消耗我们的房子吗?菲奥娜股票明天的建筑物的蓝图

房屋和建筑物的能源消耗占所有的40%的能量用于欧盟。生产能量生成关于欧盟二氧化碳排放总量的36%。采取行动的必要性在最近承认建筑改造采用能源效率指令,在所有27个欧盟成员国都必须建立长期战略动员国家建筑的整修投资股票(公共和私人住宅和商业)2014年4月。

研究资助计划(部分原因欧洲节能建筑公私合作伙伴关系的研究,或简称乙脑购买力平价,美国能源部),一系列新材料正在开发这一承诺显著改善建筑物的碳足迹。

绝缘

建筑隔热材料导热系数的关键属性;越低越好。矿物羊毛等传统绝缘材料,发泡聚苯乙烯、纤维素或聚氨酯泡沫从25到50 mw /该热导率。这些显然是有益的,但还有很大的改进余地。热导率的一个重要因素是热传输通过材料内的气体分子之间的碰撞,“解释Bjørn Petter Jelle高级研究科学家SINTEF的建筑和基础设施在挪威的特隆赫姆市举行。的真空绝缘板导热系数低至4 mw / m。K,但是一旦你使一个洞,让空气在它增加到20 mw /该调查。这是建筑材料的缺点,可能会容易损坏或被钉子刺穿。纳米多孔材料提供一个更灵活的选择。如果孔径小于气体的平均自由程空气(40 nm),分子不会打对方之前打孔隙墙壁和导热系数很低,即使充气毛孔,“Jelle解释道。

美国卡博特公司,位于波士顿生产硅气凝胶——介孔纳米固体热导率低至4 mw / m。K -自2003年以来。它们是用作空心墙绝缘或添加到涂料提供绝缘。这些材料是当前唯一缺点的生产成本(包括金融和环境)和机械强度,但有几个组织致力于改善这个在欧洲和美国。

美国宇航局的格伦研究中心美国克利夫兰,最近开发了纳米多孔聚酰亚胺气凝胶的热导率与二氧化硅气凝胶,但强500倍。我们的材料能承受的重量一辆车,”艾米Hiltabidel说,Nasa技术转让专家。2012年8月以来我们已经接近了70家公司,每一个都有不同的应用程序。我们与几家公司,积极参加讨论,建筑行业提供解决方案,”她补充道。

所有这些绝缘:但有一个缺点的高度绝缘建筑在未来将变得容易过热的警告朱莉娅•毕希纳企业媒体关系的高级经理巴斯夫德国路德维希港。相变材料(吸附)可以显著降低这种影响,因为他们提供热质量吸收和储存热量。

巴斯夫的相变材料由微小的蜡芯塑料胶囊。在融化,他们从环境中吸收大量的热量,防止房间温度进一步上升。晚上,当外界温度再次下降,热释放又温暖。

“欧洲NanoPCM财团致力于开发更便宜的生产方法和新型的相变材料,”项目协调员穆劳纳-库比劳说,研究员西班牙建筑公司安迅能在马德里。

“我们喷雾干燥低分子量聚乙烯微胶囊与二氧化硅或LDPE(低密度聚乙烯)贝壳和纳入polyurethane-foam-based绝缘板,“他解释说。室外温度可以改变的很快,所以我们添加碳纳米纤维增加微胶囊内的热导率和增加相变捕捉率或释放热能。

相变的温度范围可以定制通过改变聚乙烯分子量不同的气候。我们有两个测试站点,一个在华沙,波兰,和一个在马德里,西班牙,”劳纳-库比劳说。如果我们在波兰我们设计的材料用于马德里不会融化。

今年夏天NanoPCM项目将完成。我们开发了一个试验工厂,我们正在收集最终结果的测试安装,”劳纳-库比劳说。我们正在寻找公司可能想借此发展成一个商业产品。

窗户

绿色建筑的窗户也需要提供保温。目前的解决方案包括两倍或三倍玻璃真空或惰性气体填充抑制热传导。卡博特的二氧化硅气凝胶用于不透明的窗户提供分散日光热导率较低。二氧化硅气凝胶可做成透明的,Jelle说。如果材料可以扩大,商业,它将被广泛使用。

windows的一个重要问题是热效应的阳光流,导致空调运行在全功率在一个阳光明媚的一天。”可切换的窗户可以控制传播光和太阳能热,“Jelle说。最使用的电致变色的电影可逆地改变他们的光学性质为离子插入或提取由外部的潜力,”他解释说。他们阻止阳光进入一个房间,但它们吸收能量和热核能。”

一个更好的方法将是一个可切换的反映材料。原则上这是可以做到的,Jelle说。最聪明的windows使用非晶氧化钨;水晶材料可能会反射太阳辐射。理想的窗口将复合两个可切换的材料,一个控制可见光,另,近红外,”他说。你可以有太阳的加热效应没有眩光在一个寒冷的冬天的一天,或者享受视图没有热量的夏日午后。

但是如果你能做一些有用的东西,近红外反射太阳能吗?这就是3米,位于圣保罗的我们,旨在实现。他们的波长选择性红外镜窗电影有用太阳能反射到光电模块,传输光进入大楼。

这是一个新的应用程序的四分之一波长相长干涉电影发达20年前,3 m的蒂姆•Hebrink表示员工科学家3 m。的波长选择性反射膜技术类似于五彩斑斓的干涉图样的电影你看到石油水,只不是一个薄膜层,我们有数百层建设性地合作,反映了一个更大的带宽,”他解释说。我们调整聚合物层的厚度和折射率之间选择波长700 nm和1200 nm)——这是硅基光电的范围内的峰值响应,并加热房间没有提供有用的照明,我们直接到太阳能电池安装在窗户附近。”

“你可以减少空调能耗,节约能源使用自然光,并提高太阳能电池的最高效率40%的Hebrink说。我们捐赠演示模块几所大学和明尼苏达科学博物馆在圣保罗和正在寻找公司商业化的模块。

照明

在过去的十年里,大多数人已经取代了低效与紧凑fluroescents白炽灯泡,和越来越多的无机发光二极管(led)。我们还能做什么呢?

林恩·戴维斯,工程研究主任RTI国际罗利达勒姆,我们建议我们看光的反射面配件。“传统的反射材料,如油漆和金属塑料可以吸收大量的光,“他解释说。RTI开发了发光纳米纤维涂层实际上电纺聚合物纳米纤维等发光粒子的量子点。这些nanofibre材料的反射率可高达0.98,他们可以增加高达40%的光,产生显著的能源节省,”戴维斯解释道。我们正在积极寻求商业化这种材料在2013年和目前筛查生产合作伙伴,”他补充道。

大卫•卡罗尔纳米技术和分子材料中心的温斯顿塞勒姆的维克森林大学,我们提出一种新型的有机发光二极管(OLED)照明更加美好,当前led颜色更具吸引力和更有效的。oled已经使高效、健壮的小灯,例如组件的显示,但它是具有挑战性的和昂贵的大型表照明的建筑,”卡罗尔解释道。你会需要一个同样厚的薄膜在整个区域。瘦点会集中电流,有机物质分解和热。“卡罗尔提出了不同的方法。他的聚合物发射器是夹在两层介质材料,使它免受直接接触电极和高电流密度的危险。

的两个电极之间的电位差创建一个位移电流的聚合物,形成激子的异于寻常的电荷重新分配结构,”他说。光发射的聚合物放松回到基态,辅助有机金属的食腐动物。你可以有10%膜厚度的变化,允许您使用传统电影制造技术,”他解释说。

卡罗尔集团创造了三种不同的聚合物结构异于寻常,和三个不同的食腐动物。”,给了我们六个不同的旋钮转向调光的颜色,”他解释说。卡罗尔是与美国公司合作Ceelight技术科尔,宾夕法尼亚州,开发将持久dropin替代白炽灯泡或紧凑型荧光灯。

混凝土

尽管名声不好,但是具体的二氧化碳足迹不是太坏,据哈姆林詹宁斯执行董事混凝土可持续发展中心在麻省理工学院,我们。如果你比较这磅磅和钢铁,它很好。但是,我们使用人均大约一吨,每年。材料负责全球人为二氧化碳排放的5%。一半的排放来自粘土和石灰岩的化学过程被添加到一个窑和加热到1450°C,他解释说。氧化钙的石灰石分解,与硅酸盐和铝酸盐类反应,释放出二氧化碳和制造水泥。这是与水混合骨料时,起初保持流体集然后获得力量。我们想了解这个复杂的化学和物理系统和创建组织和如何影响性能,”詹宁斯说。我们可以改变化学反应,减少所需的碳酸钙或改变硅酸钙平衡减少碳足迹,”他补充道。的行业已经开始利用我们所学到的东西。”

一个更激进的方法是创建一个完全不同的混凝土:这种材料目前运往垃圾填埋场的废物利用,有低甚至负碳足迹和更好的热绝缘体。我们可以使用浪费灰取代粘结剂(水泥),至少在工厂预制预拌混凝土,“说腻过Soutsos工作在混凝土技术在建筑环境研究中心在贝尔法斯特女王大学,英国。大约一半的火山灰燃煤发电电台发送给长期储存;我们估计仅在英国就有5600万吨左右。的材料已经用作水泥的添加剂。”完全取代kiln-baked粘土和石灰岩,我们需要从火山灰硅酸盐溶液中形成铝硅酸钠-地质聚合物粘合剂,”他解释说。

Soutsos灰的预处理组是测试与集中氢氧化钠。他们也看“红泥”——废碱污泥变得臭名昭著奥伊氧化铝工厂灾难2010年10月时造成死亡和环境灾难,因为它倒在匈牙利景观。要找到这种材料的使用,“Soutsos说。

他们还发现添加磨高炉矿渣-浮到表面的材料当铁矿石因与石灰石和可口可乐创造钢铁大大增加了凝固速度,使cementless混凝土用于现场施工。“每吨波特兰水泥体现了930公斤的二氧化碳。我们新的地质聚合物是基于灰,一个脚印每吨只有4公斤的二氧化碳,Soutsos说。

我们会看到收获吗?

斯特凡诺Carosio,执行委员会的成员节能建筑协会与例乙脑PPP项目合作,为欧洲融资倡议的成功感到骄傲。我们已经创建了一个网络的材料科学家和从业者与建筑专家和设计师密切合作,”他说。该计划一直是一个重要的资金来源为欧洲研究创新的绿色建筑材料。项目结束的原型,示范演示的工艺性和集成建筑,“Carosio解释道。然而我们仍在竞争前研究:公司需要对这些新材料和优化他们的生产将他们推向市场,但自金融危机爆发以来资源工程新产品行业已经大大减少。

非技术上的合作也需要采用新材料的障碍。一个挑战是更新建筑标准。新方法需要测量绝缘的效果,例如,当它包含相变材料,Carosio解释道。除非这些小说功能的效率标准和最佳实践的一部分,没有动力。澳门万博公司

简称乙脑购买力平价是由于在今年结束虽然有游说延长七年。Carosio担心许多的创新思想和原型可能死在葡萄树如果资源是突然停止了。有前途的材料,目前正在开发的风险永远不会进入市场。”

菲奥娜案例是一个基于科学作家在圣地亚哥,加州,美国