Buzz
Lần đầu tiên trong ngành xây dựng, các chuyên gia đã ứng dụng thành công nguyên lý điều tiết nhiệt tự nhiên của cơ thể người vào thiết kế vật liệu xây dựng thông minh.
Thông thường, hiện tượng tường ẩm ướt là dấu hiệu của công trình xuống cấp, thường xuất hiện trong điều kiện thời tiết ẩm ướt kéo dài khiến lớp sơn bị bong tróc và mất tác dụng bảo vệ.
Tuy nhiên tại Singapore, những bức tường ẩm ướt lại là minh chứng cho công nghệ đột phá - nơi các nhà khoa học cố tình phát triển loại sơn có khả năng kiểm soát độ ẩm một cách chủ động.
Với cơ chế hoạt động thông minh, lớp sơn đặc biệt này sẽ hấp thụ hơi ẩm vào ban đêm và từ từ giải phóng vào ban ngày, mô phỏng chính xác quá trình điều hòa thân nhiệt ở con người.
Nhờ công nghệ tiên tiến này, các công trình tại Singapore được phủ lớp sơn đặc biệt có thể duy trì nhiệt độ thấp hơn 40% so với thông thường, đồng thời giảm đáng kể nhu cầu sử dụng điều hòa, tiết kiệm đến 40% chi phí điện năng.
Nguyên lý làm mát công trình giờ đây không khác gì cơ chế điều hòa thân nhiệt tự nhiên
Các nhà nghiên cứu tại Khoa Cơ khí và Hàng không Vũ trụ (MAE) thuộc Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore vừa công bố phát minh đột phá về loại sơn có khả năng tích trữ nước.
Đây là lần đầu tiên cơ chế làm mát thụ động thông qua bay hơi nước được ứng dụng vào việc điều hòa nhiệt độ công trình, một ý tưởng chưa từng được thực hiện trước đây.
Trong kiến trúc xanh truyền thống, phương pháp làm mát thụ động thường mô phỏng hai cơ chế điều tiết nhiệt tự nhiên của cơ thể người là đối lưu không khí và tỏa nhiệt.
Nguyên lý đối lưu hoạt động tương tự khi chúng ta dùng quạt, nơi luồng không khí lưu thông giúp trao đổi nhiệt. Các công trình áp dụng kỹ thuật này thông qua thiết kế thông gió tối ưu như sử dụng vật liệu rỗng có thể giảm 20-30% nhiệt độ trong ngày hè.
Cơ chế bức xạ nhiệt hoạt động ngược lại, tập trung vào việc ngăn công trình hấp thụ nhiệt từ các nguồn phát nhiệt bên ngoài như ánh nắng mặt trời thay vì chủ động làm mát không khí.
Để thực hiện điều này, đội ngũ kỹ sư đã phát triển loại sơn đặc biệt chứa các hạt nano siêu nhỏ, có khả năng phản xạ và phân tán năng lượng mặt trời, ngăn chặn quá trình chuyển hóa thành nhiệt lượng.
Nhờ công nghệ tiên tiến này, nhiệt độ bên trong các tòa nhà có thể duy trì thấp hơn từ 3-5°C so với môi trường bên ngoài, tương đương hiệu quả giảm nhiệt 20-30%.
Tuy nhiên, có một phương pháp điều hòa nhiệt độ cực kỳ hiệu quả của cơ thể mà các công trình xây dựng thông thường khó có thể sao chép được:
Cơ chế giải nhiệt thông qua bay hơi, hay nói cách khác chính là quá trình tiết mồ hôi
Tiết mồ hôi là phương thức làm mát tối ưu nhất của cơ thể người khi nhiệt độ tăng cao. Quá trình này diễn ra khi các tuyến mồ hôi bài tiết chất lỏng, hấp thụ nhiệt lượng từ cơ thể rồi bay hơi, mang theo nguồn nhiệt dư thừa ra ngoài.
Để tái tạo cơ chế tự nhiên này, đội ngũ kỹ sư MAE đã nghiên cứu phát triển hệ thống bài tiết ẩm nhân tạo dành riêng cho các bề mặt công trình.
Giải pháp của họ là một loại sơn nền xi măng đặc biệt, chứa các cấu trúc gel xốp từ hợp chất canxi silicat hydrat (CSH), có khả năng hấp thụ và lưu trữ nước khi độ ẩm môi trường tăng cao, đặc biệt vào ban đêm hoặc những ngày mưa ẩm.
Vào ban ngày, lớp sơn thông minh này sẽ từ từ giải phóng hơi nước. Dưới tác động của nhiệt độ cao, lượng nước tích trữ sẽ bay hơi, đồng thời mang theo nguồn nhiệt dư thừa, giúp điều hòa nhiệt độ bên trong công trình.
Đặc biệt hơn, loại sơn này còn được phủ màu trắng đặc biệt giúp phản xạ tới 92% ánh sáng mặt trời. Kết hợp cả hai cơ chế bay hơi và phản xạ, vật liệu này có thể ngăn chặn đến 95% lượng nhiệt mà bề mặt thông thường phải hấp thụ.
Nhằm bảo vệ lớp sơn khỏi tác động của nước và duy trì độ bền, nhóm nghiên cứu MAE đã bổ sung một loại polymer đặc biệt cùng muối khoáng vào thành phần. Những chất phụ gia này đóng vai trò như lớp ngăn cách giữa sơn và tường, đồng thời ngăn ngừa hiện tượng nứt vỡ bề mặt.
Qua quá trình thử nghiệm thực tế tại Singapore từ năm 2023 đến nay, sau 24 tháng sử dụng, lớp sơn vẫn duy trì được màu sắc nguyên bản, khả năng chống thấm và hiệu quả làm mát như ban đầu.
Tiết kiệm đến 40% chi phí điện năng cho hệ thống làm mát
Trong thí nghiệm so sánh, nhóm nghiên cứu đã áp dụng ba loại sơn khác nhau lên ba công trình: sơn trắng thông thường, sơn phản xạ nhiệt thương mại và loại sơn thấm nước mới phát triển.
Sau hai năm, hai loại sơn truyền thống đã xuất hiện tình trạng ố vàng, không chỉ ảnh hưởng đến thẩm mỹ mà còn làm giảm đáng kể hiệu quả cách nhiệt.
Ngược lại, sơn thấm nước vẫn giữ nguyên màu sắc và giúp duy trì nhiệt độ trong nhà thấp hơn 40% so với các công trình khác, từ đó cắt giảm 40% chi phí vận hành điều hòa.
Nhà khoa học vật liệu Li Hong từ MAE, một thành viên nhóm nghiên cứu, chia sẻ: "Ưu điểm vượt trội của loại sơn này nằm ở cơ chế làm mát thụ động. Nó hoạt động hoàn toàn tự nhiên không cần năng lượng bổ sung hay hệ thống cơ học nào. Toàn bộ quá trình đều dựa trên các nguyên lý vật lý cơ bản".
Phát minh này đặc biệt hữu ích cho những đô thị có khí hậu nhiệt đới ẩm như Singapore. Độ ẩm không khí cao khiến nhiệt lượng bị giữ lại nhiều hơn, gây khó khăn cho việc làm mát các công trình xây dựng.
Chính vì thế, hệ thống điều hòa phải hoạt động hết công suất để vừa giải nhiệt, vừa khử ẩm, dẫn đến tình trạng nước ngưng tụ chảy ra đường phố.
Giải pháp sơn mới đến từ Singapore khắc phục được cả hai thách thức này thông qua cơ chế phản xạ ánh nắng và kiểm soát quá trình bay hơi nước, mang lại hiệu quả làm mát tự nhiên cho công trình.
Nhóm phát triển kỳ vọng công nghệ này sẽ sớm được áp dụng rộng rãi cho văn phòng, trường học, căn hộ và nhà ở. Mục đích cuối cùng là giúp cư dân vùng nhiệt đới có thể tận hưởng cuộc sống thoải mái mà không lệ thuộc quá nhiều vào thiết bị làm mát nhân tạo.
