Текстура слоновьей кожи подсказала, как охладить здание без потребления энергии

За счет выпуклых многоугольников на плоскости плитка остывает на солнце медленнее, чем плитка с ровной поверхностью / © Eugene Soh et al.

Ученые из Наньянского технологического университета (Сингапур) разработали альтернативную фасадную плитку для охлаждения зданий. Ее особенность состоит в сочетании уникальных качеств, подсказанных самой природой. С одной стороны, большую энергоэффективность материалу придает использование грибницы. С другой — фактура, как у кожи слона, плотная, неровная, состоящая из складок и бугров и лишенная потовых и сальных желез.

Немалую роль в изменении климата играет интенсивное потребление энергия для отопления или охлаждения зданий,отметили авторы нового исследования. Особенно это чувствуется в самых густонаселенных районах городов, где использование кондиционеров и вентиляторов приводит к повышению общей температуры до 2,5 °C по сравнению с менее урбанизированными территориями. Смягчить этот процесс могут пассивные технологии защиты от солнца, в том числе экологичные строительные материалы.

Сингапурские ученые нашли решение в области биомимикрии, то есть имитации природных структур и алгоритмов. Они смоделировали плитку, похожую на морщинистую кожу слонов, помогающую животным регулировать тепло. Дизайн разрабатывали на основе диаграммы Вороного, или разбиения плоскости на выпуклые многоугольники. Такие встречаются и в природе: на панцире черепахи, коже жирафа, листьях дерева.

Сначала плитку отлили из цемента, на характеристики которого сложная фактурная «мозаика» не сильно повлияла. Затем исследователи решили апробировать технологию на биоразлагаемом материале. Они изготовили композит с покрытием из мицелия обыкновенной вешенки и бамбуковой стружки, взятой в мебельном магазине. Оба компонента смешали с водой и овсом и упаковали в форму. За месяц выращенный грибок образовал корневую сеть и связал древесные микроволокна вместе, после чего плитку высушивали в печи еще три дня.

Лабораторные испытания показали, что текстурированная поверхность улучшила термические свойства плитки в сравнении с плоской, повысив скорость охлаждения на 25% и снизив скорость нагрева на 2%. В условиях имитации дождя процесс охлаждение дополнительно улучшился на 70% по сравнению с сухими условиями.

Таким образом, превратив отходы в ресурс, ученые получили перспективный биоразлагаемый материал с высокой теплопроводностью, сопоставимой с некоторыми современными синтетическими изоляционными материалами. Теперь исследователи намерены масштабировать производство плитки, чтобы испытывать ее непосредственно на фасадах зданий.

Научная работа опубликована в журнале Energy & Buildings.