Inginerii reinterpretează arhitectura tradițională orientală pentru a dezvolta țigle termoelectrice capabile să producă energie și să emită semnale de alarmă instantaneu. Această invenție deschide noi posibilități pentru construirea de clădiri „inteligente”.
Cuprins
Adesea admirăm arhitectura tradițională pentru estetica, starea de conservare sau importanța istorică a acesteia, dar ce s-ar întâmpla dacă ar putea să ne ajute și să trăim mai bine în prezent? În contextul actual, caracterizat de un consum ridicat de energie al clădirilor și de o nevoie urgentă de utilizare a surselor regenerabile de energie, un grup de ingineri de la Universitatea din Shenzhen a readus la viață moștenirea arhitecturală a Chinei antice . Într-un articol publicat în revista Advanced Composites and Hybrid Materials, experții demonstrează că înțelepciunea arhitecților antici poate fi utilizată în dezvoltarea de materiale moderne pentru a crea sisteme capabile să genereze energie electrică și să acționeze în același timp ca senzori de incendiu.
De-a lungul secolelor, construcția acoperișurilor cu țigle curbate suprapuse a optimizat radiația solară și disiparea căldurii, anticipând conceptele de bază ale ingineriei durabile moderne. Noua abordare hibridă propune o nouă generație de „țigle inteligente” care, inspirate de arhitectura orientală, transformă radiația solară în energie electrică cu ajutorul dispozitivelor termoelectrice integrate direct în acoperiș.
Înțelepciunea constructivistă orientală într-o nouă interpretare în cadrul ingineriei moderne.
Acoperișurile tradiționale din Asia de Est sunt caracterizate de suprafețe suprapuse, înclinate și curbate. Această geometrie, care creează gradienți microtermici naturali , contribuie atât la absorbția luminii solare, cât și la disiparea rapidă a căldurii și umezelii .
Inspirați de acest principiu, cercetătorii au dezvoltat dispozitive termoelectrice în formă de țiglă . Fiecare dispozitiv reproduce modelul acoperișurilor vechi, astfel încât suprafața superioară se încălzește la soare, iar cea inferioară rămâne relativ rece .
Această diferență de temperatură, esențială pentru funcționarea corectă a elementului termoelectric, este amplificată de însăși arhitectura sistemului. Astfel, construcția încetează să mai fie doar un suport și devine o parte activă a procesului energetic.
Materiale de origine biologică pentru conversia eficientă a energiei termice.
Esența tehnologică a sistemului se bazează pe utilizarea de pelicule compuse din nanotuburi de carbon cu perete unic și lignină — un polimer natural obținut din biomasă. Includerea ligninei nu numai că îmbunătățește caracteristicile termoelectrice, dar și crește conversia fototermică a materialului.
Aceste pelicule demonstrează o absorbție puternică în domeniul vizibil și în infraroșu apropiat, care coincide cu spectrul solar. La iradierea simulată, acestea ating o temperatură de până la 55 °C atunci când se utilizează o singură sursă standard de lumină și până la 85 °C atunci când intensitatea este dublată. În plus, inginerii au confirmat că compozitul are o stabilitate mecanică remarcabilă. Chiar și după sute de cicluri de îndoire, proprietățile sale electrice rămân practic neschimbate . Un astfel de nivel de rezistență este necesar pentru materialele utilizate în aplicații arhitecturale, expuse la o expunere constantă la mediul înconjurător.
Țigle termoelectrice: de la acoperișul tradițional la generatorul solar
Fiecare dispozitiv este format din mai multe „picioare” termoelectrice, conectate în serie și încorporate într-o structură care imită țiglele orientale. Cel mai perfecționat model include douăzeci de elemente active și generează o diferență de temperatură de aproximativ 60 K sub influența radiației solare .
În aceste condiții, generatorul atinge o tensiune de repaus de 60 mV și o putere maximă de ieșire de 11,9 μW. Deși aceste cifre pot părea modeste, ele demonstrează posibilitatea de a obține energie direct de pe suprafețele arhitecturale, fără a fi necesară utilizarea panourilor fotoelectrice tradiționale. Astfel, această construcție va permite crearea de acoperișuri capabile să alimenteze în mod autonom senzori, sisteme de monitorizare sau dispozitive electronice de mici dimensiuni .
Arhitectură activă și clădiri care produc energie electrică
Pe lângă caracteristicile individuale ale elementelor separate, valoarea proiectului constă în integrarea sa structurală. Plăcile termoelectrice sunt concepute ca elemente de construcție integrale, nu ca accesorii externe.
Astfel, acoperișul însuși se transformă într-o infrastructură energetică, capabilă să utilizeze radiația solară și gradientele de temperatură din mediul înconjurător pentru a produce energie electrică.
Această abordare este deosebit de atractivă pentru clădirile istorice sau tradiționale, unde instalarea panourilor moderne pare adesea nefirească. Reproducând estetica originală, noile panouri permit păstrarea individualității arhitecturale, introducând în același timp funcții avansate. Din punct de vedere urbanistic, sistemul oferă un model descentralizat de generare a energiei, care poate contribui la reducerea consumului energetic al unor întregi cartiere.
Sistem dublu: energie solară și sistem de avertizare timpurie în caz de incendiu.
Al doilea avantaj important al proiectului este funcția de detectare a supraîncălzirii. În caz de creștere bruscă a temperaturii, de exemplu în cazul unui incendiu, dispozitivul generează o tensiune proporțională cu gradientul de temperatură. Când această tensiune depășește pragul setat, sistemul activează automat alarma . Testele arată un timp de răspuns extrem de rapid. În dispozitivul cu douăzeci de contacte, semnalul de avertizare se activează în doar 0,16 secunde la o temperatură de 300 °C. Acest lucru depășește performanțele multor senzori existenți. În plus, sistemul poate fi integrat cu module wireless care transmit alerte direct pe telefoane mobile sau alte dispozitive.
Combinația dintre funcțiile de colectare a energiei și detectarea incendiilor este deosebit de relevantă pentru clădirile istorice. Multe clădiri tradiționale asiatice, pe lângă lipsa sistemelor moderne de monitorizare, sunt construite din lemn și alte materiale rezistente la foc. Aceste țigle termoelectrice pot oferi o soluție discretă pentru protejarea templelor, palatelor și caselor istorice, asigurând în același timp alimentarea cu energie fără a le modifica aspectul exterior.
Protejarea patrimoniului cultural și noi căi pentru o arhitectură durabilă
Lucrările efectuate în Shenzhen demonstrează că inovațiile tehnologice nu necesită întotdeauna o ruptură cu trecutul. Reinterpretând designul țiglelor tradiționale chinezești cu ajutorul unor materiale de ultimă generație, cercetătorii au creat un sistem capabil să genereze energie solară și să acționeze în același timp ca un detector de incendiu ultra-rapid. Această fuziune între arhitectura tradițională, biomaterialele și tehnologiile termoelectrice deschide o cale promițătoare către crearea unor clădiri cu adevărat „inteligente” .
