I compositi stampabili in 3D per regolare la temperatura negli edifici dalla Texas A&M University


In futuro, il consumo di elettricità dovrebbe aumentare in modo significativo. È quanto affermano numerosi studi e previsioni di istituti di ricerca. E colpisce quasi tutto il mondo. I ricercatori statunitensi della Texas A&M University hanno quindi sviluppato compositi a cambiamento di fase in grado di regolare la temperatura ambiente negli edifici con un processo più semplice ed economico. I ricercatori si sono anche assicurati che i materiali compositi potessero essere elaborati con la stampante 3D.
 
In un nuovo studio, i ricercatori della Texas A&M University hanno sviluppato nuovi materiali compositi a cambiamento di fase (PCM) in grado di regolare la temperatura ambiente negli edifici con un processo di produzione più semplice e meno costoso. I compositi possono anche essere elaborati utilizzando la stampa 3D e integrati perfettamente in vari ambienti interni.

Controllo della temperatura senza elettricità esterna
I sistemi convenzionali di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria sono i metodi più comuni di controllo della temperatura negli edifici residenziali e commerciali, ma questi sistemi consumano molta energia e necessitano di un’alternativa più innovativa ed efficiente dal punto di vista energetico.

Questi problemi persistenti sono serviti da ispirazione per la ricerca su materiali e tecnologie alternative che richiedono meno energia per regolare la temperatura in modo appropriato. Questi includono materiali a cambiamento di fase che cambiano il loro stato fisico a seconda della temperatura nell’ambiente. Quindi, quando i materiali a cambiamento di fase immagazzinano calore, cambiano da solido a liquido quando assorbono calore e viceversa quando rilasciano calore.

A differenza dei sistemi convenzionali che si basano esclusivamente sull’energia esterna per il riscaldamento e il raffreddamento, questi materiali sono quindi componenti passivi che non richiedono elettricità esterna per il controllo della temperatura.

Gestire l’energia termica senza perdite
 
L’approccio tradizionale alla realizzazione di materiali da costruzione PCM richiede la formazione di un guscio separato attorno a ciascuna particella PCM. Tuttavia, è stata una sfida trovare materiali da costruzione compatibili sia con il PCM che con il suo guscio. Questo metodo convenzionale riduce di conseguenza anche il numero di particelle PCM che possono essere incorporate nei materiali da costruzione.

Per affrontare queste sfide, studi precedenti hanno dimostrato che quando la cera di paraffina a cambiamento di fase viene utilizzata mescolata con la resina liquida, la resina agisce sia come involucro che come materiale da costruzione. Questo metodo intrappola le particelle PCM nelle loro singole tasche in modo che possano cambiare fase in modo sicuro e gestire l’energia termica senza perdite.

In modo simile, il team di ricerca ha prima combinato resine liquide fotosensibili con una polvere di cera di paraffina a cambiamento di fase per produrre un nuovo composto di inchiostro per l’elaborazione con la stampante 3D . Infine, sono state effettuate prove per la termoregolazione dei materiali compositi a cambiamento di fase, in cui la temperatura del modello differisce del 40% dalle temperature esterne rispetto ai modelli realizzati con materiali convenzionali sia per il ciclo di riscaldamento che di raffreddamento.

In futuro, i ricercatori vorrebbero sperimentare vari materiali a cambiamento di fase diversi dalla cera di paraffina in modo che questi compositi possano operare in intervalli di temperatura più ampi e gestire più energia termica durante un dato ciclo.

 

 

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