Композитный бетон способен накапливать тепловую энергию

В строительстве широко используется способность некоторых материалов впитывать, сохранять и выделять накопленное тепло. В качестве примеров можно привести воду в качестве теплоносителя систем отопления и кирпичную кладку обыкновенной печи, которая долго согревает дом после того, как очаг уже давно погас.

Причём вода является классическим примером способности некоторых соединений впитывать и отдавать огромные объёмы тепловой энергии, не изменяя при этом температуры. Такое происходит во время фазовых переходов Газ - Жидкость - Лёд. Это три основных состояния, или фазы, с которыми большинство знакомо со школы (технически есть ещё и четвёртое, плазменное состояние, когда вода реагирует на электромагнетизм, то есть молнию).

Схожей с водой способностью захватывать и хранить тепло имеет парафиновый воск. Для него также характерны фазовые переходы, однако происходят они при куда менее экстремальных температурах. Когда температура поднимаются, воск начинает переходить в жидкую фазу, попутно поглощая тепло. Когда температура падает, парафин снова затвердевает и высвобождает тепловую энергию обратно.

Разнообразные изобретения, использующие данные физические свойства парафина, присутствуют на строительном рынке уже почти десяток лет. Так что само изменение фазы материала не является совершенно новой концепцией. Новизна заключается в том, что подобную способность придали такому консервативному материалу, как бетон.

Новый композитный материал для хранения тепловой энергии, был интегрирован в цементные композиты. Исследователи создали защитное покрытие - своеобразную «оболочку» из вспученного перлита, которая оборачивает парафин, останавливает его утечку и препятствует его контакту с другими компонентами бетона. Капсулы имеют размер всего 2-20 мкм и описываются как «механически практически не разрушаемые» без потери функции теплообмена при разрезах или сверлении бетонных конструкций. 

Бетоны с добавками от 20 до 80 процентов фазового материала были подвергнуты стандартным испытаниям на сжатие. Было выяснено, что замена 60% бетонной смеси на композит значительно улучшает его термические способности при сохранении механической прочности. При этом существенно уменьшается его плотность. То есть получаем лёгкий бетон со стандартными конструкционными параметрами и необычными тепловыми характеристиками.

Это предоставляет возможность хранения достаточного количества тепловой энергии, обеспечивающей тепловую инертность (стабильность) внутри здания. Например, можно обходиться без систем кондиционирования. Скажем, задать материалу номинальную температуру в 21, 23 или 25°С. По её достижении в жаркий день излишки тепла будут поглощаться стенами и перекрытиями, стабилизируя комфортный микроклимат. Ночью же происходит обратный процесс. Или, что нам ближе и понятнее, днём конструкции накапливают тепло, а ночью запускают его на «обогрев» дома.

Конечно, подобное решение не сможет полноценно заменить климатическую систему. Однако, учитывая простоту, неприхотливость и ненужность какого-либо дополнительного обслуживания и связанных с этим затрат (пусть не обычный, но всё же бетон), рациональное зерно присутствует. В любом случае, изобретению пророчат блестящие перспективы в плане энергосбережения.

В России создали программу, в разы снижающую затраты на проектирование ветроустановок

Ученые Южно-Уральского государственного университета создали и запатентовали программное обеспечение, которое позволяет усовершенствовать энергоустановки для малой и альтернативной энергетики с помощью создания их цифровых двойников. Разработка позволит в десятки раз снизить затраты на проектирование и испытания таких энергоустановок, а также повысит их эффективность.

Разработанное программное обеспечение по функциональным возможностям не уступает зарубежным аналогам, но более гибкое – в математические модели компонентов можно внести изменения на всех этапах создания цифрового двойника.

Теплоизоляционный вкладыш из аэрогеля для строительного кирпича

Традиционно изоляционные слои наносят на готовые стены. Но зачем укладывать дополнительный слой теплоизоляции, если можно заполнить ею полости кирпича? Инженеры создали кирпичи с наилучшими на сегодня изоляционными показателями, попросту заполнив их аэрогелем.

Аэрогель - материал, в котором жидкий компонент геля заменён на газообразный. Основой материала в основном являются силикаты, а по объёму он на более чем 90% состоит из заполненных воздухом нано-пор.

Помимо того, что аэрогель крайне лёгкок, он имеет очень высокие теплоизоляционные качества. Плюс аэрогель является паропроницаемым и практически не поглощает влагу. Он также является нетоксичным, негорючим и подлежит вторичной переработке. Что делает аэрогель почти идеальным теплоизоляционным строительным материалом.

Команда швейцарских исследователей разработала пасту из частиц аэрогеля, которой можно легко наполнить полости обычного глиняного кирпича, после чего работать с ним, как с обычными стройматериалами. Такой «аэрокирпич» обеспечивает эффективный компромисс между механическими и тепловыми свойствами и подходит для строительства многоэтажных зданий.

По сравнению с таким «аэробриком» (aerobrick) уже имеющийся на рынке кирпич той же структуры и толщины, но с изоляцией из перлитового наполнителя на треть хуже удерживает тепло. Это значит, что стены из усовершенствованного материала можно делать на 35% тоньше при тех же теплоизоляционных качествах. Ещё более впечатляющим является сравнение с обычной кирпичной кладкой - её теплопроводность в восемь раз выше! И чтобы выложить стену, так же хорошо защищающую от холода, как 20 см аэрокирпича, она должна быть почти на метр толще.

К сожалению, аэрогель довольно дорог и один квадратный метр стены обойдётся на $520 дороже обычной. Так что пока дешевле строить просто толстые стены. Тем не менее есть надежда, что по мере развития технологий и снижения цен на аэрогель такие изделия станут практичным строительным материалом.

Ударопрочный бетон для защитных сооружений разработали в Дальневосточном федеральном университете

Инженеры Военного учебного центра ДФУ разработали состав ударопрочного бетона, в котором 40% цемента заменили отходами производства: золой рисовой шелухи, отсевом дробления известняка и кварцевого песка. Устойчивость к трещинам нового бетона в 6−9 раз превосходит традиционные образцы ГОСТ. Разработку предлагают использовать для защитных сооружений военного и гражданского назначения, несущих конструкций атомных станций и в Арктике.