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普渡大学西拉法叶分校 | 帮助建筑材料制造商减少供暖和制冷房屋的能耗和碳足迹
指南者留学 2023-03-29 07:40:04
阅读量:1207

西拉斐特,印第安纳州——供暖和制冷房屋的经济和环境价格高昂。美国能源信息管理局报道美国一半以上的家庭能源用于取暖和制冷它还占全国总能源使用量的14%以上。据世界绿色建筑委员会称,建筑和建筑业占全球能源相关碳排放量的39%。

 

米利安·维莱·利桑科斯,普渡大学土木工程助理教授莱尔斯土木工程学院在中工程学院,正在解决这些问题。她和她实验室的研究人员开发了一种正在申请专利、可扩展、自动化的工艺,该工艺改进了将相变材料或PCM纳入建筑材料的传统方法。

 

将石蜡、酯类和水合盐等多氯联苯(PCM)纳入建筑围护结构元素中,可以缓和室外温度变化对室内环境的影响。它们通过从固体转变为液体或相反的方式,将热能的变化转化为相变。它们通过在这些转换过程中吸收或释放能量来提供有用的冷却或热量。

 

Velay-Lizancos表示:“采用PCM可降低建筑能耗,从而减少二氧化碳排放和运营成本。”。“它还降低了建筑材料的透水性。”

 

PCM用于建筑的围护结构,或门、外墙、地基、屋顶、窗户和其他在室内和室外之间形成屏障的构件。建筑围护结构的热性能在建筑能耗中起着关键作用。

 

Velay-Lizancos说:“增加建筑围护结构的蓄热能力将减少建筑内温度波动的影响。”。“这将提高建筑物的热舒适性,减少能源消耗、二氧化碳排放和相关的供热和制冷经济成本。它还将使建筑物更具弹性和能源独立性,不易受到停电和其他能源供应问题的影响。”


Velay-Lizancos表示,在建筑材料中添加PCM的传统方法存在缺陷。

 

Velay-Lizancos说:“目前,PCM通过微胶囊化或大胶囊化被纳入其他材料中。”。然而,这些方法限制了相变材料的使用。微胶囊化对建筑材料的强度和耐久性有负面影响。大胶囊化限制了建筑材料的形状和生产方法。

 

Velay-Lizancos的方法是在砖块、干墙和混凝土等建筑材料已经成型后,使用液体浸泡和真空吸尘器来加入PCM。两分钟的方法视频已联机。

 

Velay-Lizancos说:“这增加了建筑材料的强度、耐久性和热惯性。”。“这种新方法还可以分散PCM,使其集中在建筑材料的表层。更多的PCM与建筑围护结构的外表面接触,从而使PCM更有效。”

 

Velay-Lizancos的方法只需要一个真空系统,她说这个系统非常容易操作,制造商也很容易使用。

 

Velay-Lizancos说:“用户需要熟悉这个过程,但他们不需要特殊培训。”。“这一过程可以很容易地实现自动化,并融入到预制构件的生产链中,如砖、混凝土板、干墙和铺路机等。”

 

Velay-Lizancos和她的研究小组在莱尔斯土木工程学院的Pankow实验室测试了这项创新。最初的测试是用商业砖和15分钟的真空时间进行的。

 

对具有三种水灰比,因此具有不同初始孔隙度水平的水泥砂浆进行了大型试验。将PCM加入砂浆中,进行三个不同的真空期:15分钟、1小时和4小时。Velay-Lizancos和她的团队观察到热惯量增加了24%,抗压强度增加了22%以上,只有元件体积的7%填充了PCM。

 

Velay-Lizancos表示,PCM集中在表层的不均匀分布使得PCM在增强热性能方面更加有效。

 

Velay-Lizancos说:“本研究中使用的方法是将PCM引入材料层,使其更接近材料表面,这意味着更多的PCM将与建筑围护结构的外表面接触,从而更有效地使用PCM。”。“此外,这种方法通过真空将PCM材料推入毛细管孔。由于毛细管力,即使最终复合材料暴露在远高于所用PCM熔点的高温下,也未观察到PCM泄漏。”

 

一篇关于Velay-Lizancos研究方法和结果的论文发表在2023年3月出版的同行评议期刊《建筑与建材》 (其他人)

 

开发PCM合并方法的下一个里程碑是构建一个全尺寸原型。

 

Velay-Lizancos说:“这将使我们能够通过摄像头和传感器可视化建筑围护结构的热性能。”。“客户将拥有硬数据,并且能够直观地看到这项技术的优势。”

 

Velay-Lizancos向普渡研究基金会技术商业化办公室,该公司已申请知识产权专利。寻求进一步发展此创新的行业合作伙伴应联系 帕拉格·瓦塞卡 , psvasekar@pf.org,关于参考号 2022-VELA-69766年,“具有增强耐久性、降低能耗的新型建筑围护材料。”

 

Velay-Lizancos和她的团队得到了莱尔斯土木工程学院和Frederick N.Andrews奖学金的支持研究生院在普渡

 

关于普渡大学

 

普渡大学是一所顶尖的公共研究机构,为当今最严峻的挑战开发实用的解决方案。普渡大学在过去五年中每年都被《美国新闻与世界报道》评为美国十大最具创新性大学之一,它提供了改变世界的研究和世界外的发现。普渡大学致力于实践和在线学习,为所有人提供变革性的教育。普渡大学致力于负担能力和可获得性,已将学费和大部分费用冻结在2012-13年的水平,使更多的学生能够毕业时无需偿还债务。

 

注:本文由院校官方新闻直译,仅供参考,不代表指南者留学态度观点。

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