تصور کنید دیواری در خانه داشته باشید که بدون کمپرسور، گاز مبرد یا مصرف مستقیم برق، بتواند هوای اطراف خود را خنک کند. این ایده حالا در قالب مکعبات خنککننده بدون برق توسط پژوهشگران دانشگاه فناوری گراتس اتریش آزمایش شده است؛ سازههایی سرامیکی و متخلخل که با استفاده از آب و فرآیند تبخیر، گرمای محیط را جذب میکنند. در یک آزمایش در فضای بسیار گرم، دمای هوای نزدیک یکی از این مکعبها تقریباً ۷ درجه سانتیگراد کاهش یافت.
مکعبات خنککننده بدون برق چگونه کار میکنند؟
اساس این فناوری در واقع یک پدیده قدیمی است: خنکسازی تبخیری. همان اصلی که قرنها در کوزههای سفالی و بادگیرها برای کاهش دما استفاده میشد.
اما پژوهشگران دانشگاه گراتس تلاش کردهاند این ایده سنتی را با فناوری چاپ سهبعدی ترکیب کنند. نتیجه، مکعبهایی از جنس سرامیک با ساختاری بسیار متخلخل است که آب را در خود نگه میدارند.
هر مکعب حدود ۲۳ سانتیمتر طول دارد. آب به کمک خاصیت موئینگی در ساختار داخلی آن حرکت میکند و در سطح وسیعی پخش میشود. سپس آب بهتدریج تبخیر میشود. برای تبدیل آب مایع به بخار، انرژی لازم است و این انرژی از گرمای اطراف گرفته میشود؛ در نتیجه دمای هوای مجاور کاهش پیدا میکند.
راز ۷ درجه کاهش دما چیست؟
نکته اصلی فقط استفاده از سرامیک نیست، بلکه شکل داخلی مکعبها است.
پژوهشگران از هندسههای پیچیدهای استفاده کردهاند که سطح داخلی بسیار بزرگی را در حجم نسبتاً کوچکی ایجاد میکند. این ساختار باعث میشود آب در بخشهای بیشتری از مکعب توزیع شود و سطح بیشتری برای تبخیر در اختیار داشته باشد.
در آزمایشی که در یک فضای زیرشیروانی گرم در دانشگاه فناوری گراتس انجام شد، یک مکعب پر از آب توانست دمای هوای نزدیک خود را تقریباً ۷ درجه سانتیگراد پایین بیاورد. تیم تحقیقاتی همچنین اعلام کرده که اثر خنککنندگی فقط در نزدیکی مکعب قابل احساس نبود و در فضای اتاق نیز محسوس بود.
البته این عدد به معنای آن نیست که هر اتاقی با قرار دادن یک مکعب، دقیقاً ۷ درجه خنک خواهد شد. کاهش ۷ درجه مربوط به شرایط آزمایش و محدوده نزدیک مکعب بوده است.
چرا چاپ سهبعدی اهمیت دارد؟
اگر هدف فقط ساخت یک قطعه سفالی برای تبخیر آب بود، فناوری جدید چندان شگفتانگیز به نظر نمیرسید. نوآوری اصلی در امکان ساخت هندسههایی است که تولید آنها با روشهای معمول بسیار دشوار است.
چاپ سهبعدی به پژوهشگران اجازه داده ساختار داخلی مکعب را به شکلی طراحی کنند که ضمن استفاده از مقدار محدودی ماده، سطح تماس بسیار بزرگی برای آب ایجاد شود.
این ساختار میتواند بهصورت مجموعهای از مکعبها در کنار یکدیگر قرار گیرد و در نهایت یک دیوار خنککننده ایجاد کند. نمونه اولیه چنین دیواری نیز در محوطه دانشگاه فناوری گراتس ساخته شده است.
پای قارچ و خاکاره هم به پروژه باز شد
پژوهشگران برای افزایش تخلخل سرامیک به دنبال روشهای دیگری نیز هستند. یکی از ایدههای آزمایشی، استفاده از خاکاره و ساختارهای قارچی در مخلوط اولیه خاک رس است.
ایده این است که این مواد آلی پیش از پخت، شبکهای درون ماده ایجاد کنند. سپس هنگام پخت سرامیک، مواد آلی از بین میروند و فضای خالی و منافذ بیشتری باقی میگذارند. این منافذ میتوانند به توزیع بهتر آب درون مکعب کمک کنند.
به این ترتیب، هدف فقط ساخت یک مکعب خنککننده نیست؛ بلکه توسعه مادهای است که بتواند آب را به شکل مؤثرتری ذخیره و در سطح گستردهتری تبخیر کند.
آیا این مکعبها جای کولر را میگیرند؟
هنوز نه.
با وجود نتیجه چشمگیر آزمایش، این فناوری در مرحله تحقیق و توسعه قرار دارد و نمیتوان آن را جایگزین آماده برای کولرهای خانگی دانست. مهمترین محدودیت نیز وابستگی آن به شرایط محیطی و دسترسی به آب است.
خنکسازی تبخیری معمولاً در هوای گرم و خشک عملکرد بهتری دارد، زیرا هوا ظرفیت بیشتری برای دریافت بخار آب دارد. در محیطهای بسیار مرطوب، تبخیر آب دشوارتر میشود و در نتیجه اثر خنککنندگی نیز کاهش پیدا میکند.
از طرف دیگر، کاهش ۷ درجهای ثبتشده در آزمایش را نباید با کاهش هفتدرجهای دمای کل یک ساختمان اشتباه گرفت. آزمایش در یک فضای مشخص و با یک مکعب پر از آب انجام شده است.
آینده مکعبهای خنککننده کجاست؟
هدف نهایی پژوهشگران، استفاده از این فناوری در معماری و ساختمانسازی است؛ یعنی بهجای اینکه ساختمان بعد از ساختهشدن به سیستم سرمایشی پرمصرف مجهز شود، خودِ دیوارها از ابتدا بخشی از فرآیند خنکسازی را بر عهده بگیرند.
اگر چنین سیستمی در مقیاس بزرگ توسعه پیدا کند، میتواند در مناطق گرم و خشک به کاهش مصرف انرژی برای سرمایش کمک کند؛ بهویژه در دورههایی که موجهای گرما فشار زیادی به شبکه برق وارد میکنند.
در نتیجه، مکعبات خنککننده بدون برق هنوز یک فناوری آزمایشی هستند، نه جایگزین فوری کولر. اما ترکیب یک روش بسیار قدیمی، یعنی خنکسازی با تبخیر آب، با چاپ سهبعدی و هندسههای پیشرفته نشان میدهد که گاهی برای مقابله با گرمای آینده، لازم نیست همهچیز از صفر اختراع شود؛ کافی است یک ایده قدیمی را با فناوری جدید دوباره طراحی کنیم.
