ปัญหาของอาคารสำนักงานมักจะเป็นเรื่องการดูดซับความร้อนจากอากาศภายนอก ทำให้ในอาคารอากาศร้อนจึงต้องใช้พลังงานมาก นักวิจัยจึงได้คิดค้นวัสดุหุ้มอาคารที่เปลี่ยนสีเพื่อช่วยในการทำความร้อนหรือความเย็น ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของอาคาร

ในประเทศสหรัฐอเมริกาอาคารส่วนใหญ่ต้องการระบบทำความร้อนและเครื่องปรับอากาศเพื่อรักษาอุณหภูมิตลอดทั้งปี จึงทำให้การใช้พลังงานเพิ่มขึ้นเป็นอย่างมากในฤดูร้อนและฤดูหนาว

แรงบันดาลใจในการพัฒนาวัสดุห่อหุ้มอาคาร

จากการศึกษาทางสถิติพบว่าเกือบ 30% ของการใช้พลังงานและ 10% ของก๊าซเรือนกระจกมาจากอาคาร จึงได้มีการมองหาแนวทางเพื่อให้อุณหภูมิในอาคารสบายขึ้นในทุกฤดูกาล โดยที่ประหยัดพลังงาน มีความยั่งยืน ลดการปล่อยคาร์บอน แทนการควบคุมอุณหภูมิภายในอาคารด้วยวิธีเดิมๆ

การพัฒนาวัสดุที่ใช้กับอาคารเพื่อช่วยในการประหยัดพลังงาน โดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยชิคาโกได้คิดค้นวัสดุห่อหุ้มที่เปลี่ยนสีตามอุณหภูมิ ช่วยในการทำความร้อนหรือความเย็น ซึ่งสามารถติดตั้งเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของอาคารได้ ซึ่งวัสดุนี้ได้แรงบันดาลใจมาจากผ้าห่มฉุกเฉินที่เคลือบโลหะบางๆ ช่วยให้ความอบอุ่น จึงพัฒนาสารเคลือบชั้นบางๆ ที่สามารถปรับใช้กับอาคารได้ ช่วยให้อาคารสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติทางแสงตามสภาพอากาศ อุณหภูมิภายในอาคารก็จะคงไว้อย่างมีประสิทธิภาพ

หลักการทำงานของวัสดุห่อหุ้มอาคาร

ส่วนประกอบที่ใช้ทำวัสดุส่วนหน้าอาคาร หรือห่อหุ้มอาคารประกอบด้วยชั้นต่างๆ หลายชั้น รวมถึงฟอยล์ทองแดง พลาสติก และกราฟีน ซึ่งสามารถเปลี่ยนสีอินฟราเรดได้ ซึ่งเป็นสีที่ปรากฏภายใต้การถ่ายภาพความร้อน

ปริมาณความร้อนอินฟราเรดที่ดูดซับหรือปล่อยออกมาจากอาคารด้วยในวันที่อากาศร้อน วัสดุจะปรากฏเป็นสีเหลืองภายใต้การถ่ายภาพความร้อน ซึ่งบ่งชี้ว่ามีการคายความร้อนมากขึ้น ขณะที่ในวันที่อากาศเย็นวัสดุจะปรากฏเป็นสีม่วงแต่ยังคงรักษาความอบอุ่นในอาคารไว้ได้ ลดการใช้พลังงานโดยรวมของอาคาร

นักวิจัยมหาวิทยาลัยชิคาโกอธิบายว่าวัสดุนี้มีลักษณะคล้ายกิ้งก่า เนื่องจากสามารถเปลี่ยนสีตามอุณหภูมิภายนอกได้ วัสดุจะใช้ไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยเพื่อสะสมทองแดงไว้บนแผ่นฟิล์มบางๆ หรือลอกออก ปฏิกิริยาเคมีนี้เปลี่ยนชั้นกลางของวัสดุซึ่งเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นน้ำให้เป็นทองแดงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทองแดงที่ปล่อยความร้อนต่ำช่วยกักเก็บความร้อนและให้ความอบอุ่นภายในอาคาร ในขณะที่ชั้นน้ำที่มีการปล่อยความร้อนสูงช่วยให้อาคารเย็นสบาย

ชั้นของอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นน้ำยังช่วยทำให้วัสดุไม่ติดไฟ และนักวิจัยได้อธิบายกระบวนการเปลี่ยนจากโลหะเป็นของเหลวและกลับมาอีกครั้งว่า มีความเสถียร ไม่ระเหย มีประสิทธิภาพ และยืดหยุ่นทางกลไก

ส่วนหนึ่งของการศึกษาซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Nature Sustainability นักวิจัยได้สร้างแบบจำลองเพื่อทดสอบการประหยัดพลังงานที่สามารถทำได้โดยการใช้วัสดุกับอาคารใน 15 เมืองของสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นตัวแทนของ 15 เขตภูมิอากาศ

ในพื้นที่ที่สภาพอากาศแปรปรวนสูง นักวิจัยพบว่าวัสดุนี้สามารถประหยัดพลังงาน HVAC ต่อปีของอาคารได้โดยเฉลี่ยถึง 8.4 เปอร์เซ็นต์ขณะเดียวกันวัสดุนี้ใช้ไฟฟ้าเพียง 0.2 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานไฟฟ้าทั้งหมด

การก่อสร้างและการดำเนินงานอาคารคิดเป็นสัดส่วนเกือบ 37 เปอร์เซ็นต์ของการปล่อยก๊าซคาร์บอนทั่วโลก ซึ่งส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการดำเนินงานของอาคาร เช่น แสงสว่าง การทำความร้อน และความเย็น อย่างไรก็ตามส่วนประกอบหลายอย่าง กราฟีนแบบชั้นเดียวและไมโครกริดสีทองที่ใช้เป็นชั้นนำไฟฟ้าแบบโปร่งใส ปัจจุบันยังคงมีราคาแพงและซับซ้อนในการผลิต

แหล่งข้อมูล

https://www.springnews.co.th/keep-the-world/sustainable/847416