天気が暑すぎる場合は、これを着るだけで問題は解決します。

私たちは外の気温を感知すると、衣服を着たり脱いだりして体温を維持します。人間だけでなく、インテリジェントな建築材料も「層を脱ぐ」ことと「層を着る」ことを実現し、低エネルギー消費条件下で建物内の温度を一定に保つことができることをご存知ですか?それがどのように達成されるか見てみましょう!

複合施設。ギャラリー内の画像は著作権で保護されています。転載して使用すると著作権侵害の恐れがあります。

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新たな「カメレオン」建築材料が登場

研究者たちは電気化学と光学の関連知識を活用して、インテリジェントな建築材料を巧みに設計しました。この素材は、外気温の変化に応じて化学反応を起こし、自身の色を変えて、まるで「カメレオン」のようにエネルギーを放出したり吸収したりすることができます。

この材料には、固体と液体の相の間で変化できる層が含まれています。赤外線エネルギーを保持して温度を上げることができる固体銅と、赤外線を放射して温度を下げることができる電解質水溶液です。

材料の周囲の温度が変化すると、材料に微量の電気を流すことで金属粒子に化学変化が起こり、材料内部のナノ粒子の堆積形態が調節され、最終的に材料の赤外線熱放射に対する放射率が変化して温度調節が実現します。

素材の色の変化の模式図。画像出典：参考文献[1]

暑い夏には、この建材は赤外線熱を90%以上放出し、建物内の温度を下げることができます。寒い冬には、建物内の温度を維持するために、10%以下の赤外線熱しか放出しません。この変更時に必要な電力量は極めて少なく、暖房エネルギー消費量を約 8% 節約できます。この素材により、急な天候の変化による不便をある程度軽減することができます。

現時点では、研究チームが開発した材料の断片は幅10センチ以下だ。材料の組み立て、商品化、製造方法の改善については、現在も継続的に研究が進められています。スマートマテリアル時代の到来は、持続可能な未来にさらに大きく貢献すると信じられています。

物質の破片。画像出典: 参考文献 1

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他に省エネ・環境に優しい建築資材にはどんなものがありますか？

上記の「カメレオン」材料に加えて、今日の建築では、人工材料と天然材料の両方を含む多くの省エネで環境に優しい建築材料が使用されています。それらが何であるかを見てみましょう。

1. 省エネガラス

ガラスは建物の中で大きな面積を占めており、ガラスを通して失われるエネルギーは建物全体のエネルギー消費量の50％に達することもあります。夏には、灼熱の太陽によって発生する強い日射がガラスを通過し、室内の温度が上昇します。冬はガラスを通して室内の熱を外に放出します。省エネ型温度調節ガラスの使用が重要であることがわかります。

さまざまなインテリジェント温度制御ガラスが市場に登場しています。フォトクロミックガラスはガラスに特殊な材料を加えて作られます。太陽光にさらされるとガラスの色が変化し、光の透過率に影響を与えて室内の温度を調節します。

複数のガラスを高強度接着剤でアルミ合金フレームに接着した中空ガラスは断熱効果が高く、冬場でも室内温度を良好に保てます。

さらに、さまざまな機能を持つフィルム製品でガラスをコーティングすることで、光の透過と反射をインテリジェントに制御することができ、室内の熱エネルギーを効果的に高めることができます。低放射率や熱反射などの多機能ガラスが次々と登場し、省エネや排出量削減に大きく貢献しています。

省エネガラス。ギャラリー内の画像は著作権で保護されています。転載して使用すると著作権侵害の恐れがあります。

2. 高性能コンクリート

コンクリートは最も一般的に使用される建築材料です。高性能コンクリートの使用により、セメントや鉄鋼の量が大幅に節約され、さらに二酸化炭素などの有害物質の排出も削減されます。

コンクリートには、空気中の有害物質を吸収する二酸化チタンなど、さまざまな機能性物質も添加されています。さらに、研究者たちは、従来のコンクリートに代わる、蓄光材料を含んだセメント混合物を開発しました。この素材は日中に太陽光を吸収し、夜間に点灯することで省エネを実現します。

蓄光コンクリートは日中に光を吸収し、夜間に光ります。画像出典: ArchDaily

3. 竹

竹は主に薄壁細胞と維管束で構成された天然の有機ポリマーです。竹は衝撃や地震に対する耐性が強く、内部の空洞構造により熱伝導効率がコンクリートに比べてはるかに低くなります。竹構造物は通常、断熱ウールで満たされているため、断熱性能は従来のコンクリートよりもはるかに優れており、家のエネルギー消費が大幅に削減されます。

竹。ギャラリー内の画像は著作権で保護されています。転載して使用すると著作権侵害の恐れがあります。

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結論

2021年、建設業に関連するエネルギー消費は世界のエネルギー消費の30％を超え、二酸化炭素排出量は100億トン相当に達し、温室効果ガス全体の10％を占めました。

このような環境において、低炭素、環境に優しい、省エネ、グリーンな建築材料の使用は、全人類の持続可能な発展にとって極めて重要です。技術の進歩により、人間は必然的にさらにインテリジェントな建築資材を使用するようになるでしょう。私たちの生活は建築資材と切り離すことはできません。まずは環境に優しいグリーンな建築資材を選び、一緒に美しい家を維持できるように取り組みましょう。

参考文献:

[1] Chenxi Sou、Jiankun Pu、Ting-Hsuan Chen、他。オールシーズンの放射温度調節のための動的エレクトロクロミズム。ナット・サステイン（2023）。 https://doi.org/10.1038/s41893-022-01023-2。

[2] 蔡其廷、呉燕廷。グリーン建築材料の応用を推進し、産業と都市が融合した低炭素発展の新しいパターンを構築する[J]。市場監督と管理、2022(18):1。

[3] 呉振兵建設工学におけるグリーン建築材料の応用[J]。エンジニアリングと建設、2022(003):036。

[4] 張庭エコロジカルシティの概念に基づく低炭素建築管理システムの研究[J]。都市建築、2017(8):1.

制作：中国科学普及協会

著者: Shi Wuyao ポピュラーサイエンスクリエイター

プロデューサー: 中国科学博覧会

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