在一座典型的美国建筑中，大约50%的能源用于供暖和制冷。这不仅消耗了大量的金钱和化石燃料，也给老化的能源基础设施带来了压力，尤其是在极端温度时期。这也是加州大学圣巴巴拉分校的研究人员查理·肖、埃利奥特·霍克斯和廖博林希望解决的问题。
在一篇发表在《设备》杂志上的论文中，他们介绍了一种自适应瓷砖，以阵列的形式安装在屋顶上，可以降低冬季的供暖成本和夏季的制冷成本，并且不需要电子设备。
该研究的第一作者肖说:“它可以根据瓷砖的温度在加热状态和冷却状态之间切换。目标温度约为65华氏度——约18摄氏度。”
这个大约四英寸见方的被动温度调节装置结合了廖昌永在热科学方面的专业知识和霍克斯在机械设计方面的工作——一个可以根据不同温度改变其热特性的可移动表面。几年前，他们在圣巴巴拉和北加州之间的长途旅行中产生了这个项目的想法。
瓷砖的发展与功能
“那时，我们的配偶都在斯坦福大学，所以我们一起旅行，想知道我们可以一起做些什么，”廖说，他和霍克斯一样，是加州大学伯克利分校机械工程系的教授。他们随后从加州纳米系统研究所获得了种子资金，用于设计机械可调热设备。
直到肖想到使用蜡马达，适应性瓷砖的想法才最终成型。根据蜡在温度作用下的体积变化，蜡马达产生压力，从而运动机械部件，将热能转化为机械能。蜡电机常用于洗碗机、洗衣机等各种电器，以及航空空航天工业等更专业的应用。
就瓷砖而言，蜡马达可以根据其状态推动或缩回活塞，从而关闭或打开瓷砖表面的百叶窗。所以在温度较低的时候，蜡是固体的时候，百叶窗会关闭放平，露出可以吸收太阳光的表面，尽量减少通过辐射散热。
优点和测试结果
然而，一旦温度达到大约18摄氏度，蜡就会开始融化和膨胀，推开百叶窗，露出一个反射阳光和散发热量的表面。此外，在融化或冻结的过程中，蜡会吸收或释放大量热量，进一步稳定瓷砖和建筑物的温度。
肖解释说:“因此，我们有一个可预测的开关行为，它可以在很小的范围内工作。”根据研究人员的论文，测试表明，与覆盖传统反射或吸收涂层的非开关器件相比，冷却能耗降低了3.1倍，加热能耗降低了2.6倍。由于采用了蜡马达，该设备不需要电子设备、电池或外部电源，并且与其他类似技术不同，其响应速度在目标范围的几度之内。此外，该装置设计简单，易于定制——可以使用不同的热涂层和各种类型的蜡，使该装置在所需的温度范围内运行，也便于大规模制造。
霍克斯说:“该设备仍然是一个概念验证，但我们希望它能带来新技术，并有一天对建筑物的能源消耗产生积极影响。”
编译自科技日报
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