为建筑物提供电力每年花费美国4300亿美元,占总费用的40%能源使用。其中近一半用于供暖和制冷。现在,科学家们对我们最古老的建筑材料木材进行了改造,使其强度提高了8倍,具有高反射性,并且能够在不使用任何电力的情况下辐射出建筑热量。

科学家们早就知道,当热辐射发射出来时,大部分被大气吸收,特定的频率不允许热量逸出到冰冻的空间中。这个过程被称为辐射冷却,工程师们一直在设计利用这些频率的材料,希望创造一种无能量的冷却方式。

这一过程可以使材料的温度比环境温度低几度,甚至可以在白天工作。创业公司如雨后春笋般涌现试图将该技术以冷却板或特殊涂层的形式推向市场,它们可以充当零功率空调系统。但到目前为止,这种方法主要依赖于精心设计的超材料它们的最终市场价格尚不清楚。

在一个科学马里兰大学的一个工程师领导的团队描述了如何将经过特殊处理的木材用作建筑的结构材料,同时减少高达60%的空调成本。

制作这种“冷却木材”的过程出奇的简单。研究人员拿了一块木头,在过氧化氢中煮沸,然后在热压机上压碎。然后用一种被称为氟硅烷的防水化学物质处理,使其防风雨,结果是一块明亮的白色面板,其强度是天然木材的8.7倍。

沸腾的过氧化氢会使木材失去一种坚韧的物质,叫做木质素,它可以通过分解木质素分子来支撑树木的细胞壁,然后用水将木质素冲走。这使得压缩木材的残余部分(主要是纤维素和半纤维素)成为一种密度极高的物质成为可能。

这不仅使它非常坚固,而且缠结在一起的纤维素纤维束会散射光线,形成一个高度反射的表面。它的结构也使它在达到辐射冷却所需的频率范围内发出光。

为了检查这种材料的冷却能力,研究人员在亚利桑那州的一个农场的理想条件下测试了它,他们发现它保持比周围空气温度低5到6华氏度。它仍然可以在中午提供降温,而到了晚上,它的温度大约比天然木材低12度。

由于它的强度,它可以作为建筑的整体结构材料,而不是附加材料。利用美国16个城市的新旧公寓建筑的计算机模型,研究小组估计,在屋顶和墙板上使用冷却木材可以根据建筑年龄平均减少20%到35%的能源消耗。节约最多的是凤凰城,那里的老建筑可以减少60%的使用量。

这里有一些潜在的绊脚石。尽管制作过程听起来很简单,但现在说制作木材的最终成本还为时过早。也不可能打开或关闭冷却装置,所以在寒冷的气候下,这是没有意义的因为任何节省的冷却费用都会被冬季增加的供暖费用所抵消。

尽管如此,如果这种材料能达到其承诺的哪怕是一小部分,它就能大大减少昂贵且破坏气候的空调使用。

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