Cách nhiệt và cách âm, điều chỉnh nhiệt độ
Theo thống kê, việc tiêu thụ năng lượng đã tăng đều. Tại Áo, trị số tiêu thụ năng lượng năm 2009 là khoảng 80% cao hơn so với năm 1970. Trong nhà ở, khoảng 30% năng lượng dùng để sưởi ấm không gian. Điều này chỉ ra tiềm năng lớn tiết kiệm năng lượng ở đây. Kế hoạch hoạt động hiệu quả năng lượng tại Áo áp dụng Quy định dịch vụ năng lượng và hiệu quả năng lượng của EU quy định rằng 9% tiêu thụ năng lượng trung bình hàng năm sẽ được cắt giảm đến ngày 17.5.2018 và sau đó. Các giải pháp để đạt được mục tiêu này bao gồm đẩy mạnh tốc độ đổi mới trong các tòa nhà ở và đổi mới cách nhiệt của tất cả các công trình xây dựng sau chiến tranh (1950-1980) cũng như thúc đẩy các tiêu chuẩn ngôi nhà năng lượng thấp.
Các đổi mới do công nghệ nano đem lại cũng bao gồm cho cách nhiệt cho các tòa nhà trong khi không thể thay thế các lớp cách nhiệt cũ dày đến 20 cm của tường ngoài (ví dụ như các công trình cũ có kết cấu kiến trúc mặt ngoài-façade) và do vậy có thể đạt được các trị số cách nhiệt tốt khi sử dụng vật liệu nano cách nhiệt:
a. Aerogel
Aerogel là vật liệu đặc biệt nhẹ chế tạo từ silica. Gel được sấy trong quá trình đặc biệt, tiếp đó được tạo thành dạng bọt rắn trong đó chứa tới hơn 95% không khí. Loại silica aerogel này được chế tạo lần đầu vào năm 1930. Các lỗ rỗng của vật liệu này được đo chỉ vài nanomet. Độ dẫn nhiệt tối thiểu của vật liệu này với các lỗ rỗng của nó ở mức nano, do chỉ có một vài phân tử khí có trong các lỗ rỗng, do vậy làm giảm sự truyền nhiệt từ hạt của khí này sang hạt khác. Vật liệu Aerogel chiếm 15 vị trí kỷ lục trong Cuốn sách Guinness về các kỷ lục, trong các số đó là “vật liệu cách nhiệt tốt nhất” và “chất rắn nhẹ nhất”. Việc kết hợp Aerogel và sợi bông khoáng tạo nên sản phẩm có tên là Aerowolle®, sản phẩm này được bổ sung vào tấm thạch cao mỏng để cách nhiệt nội thất. Aerogel cũng được sử dụng để điền đầy trong ô kính cửa sổ hai lớp kính.
Loại hệ thống kính này ngăn cản bức xạ hồng ngoại cũng như tiếng ồn. Tuy nhiên, do Aerogel không trong suốt, nên tạo ra hiệu ứng “kính mờ”. Các tấm thạch cao cách nhiệt có Aerogel đã được phát triển và bắt đầu có mặt trên thị trường từ năm 2013.
Hình minh họa khả năng cách nhiệt của vật liệu aerogel (nguồn Internet)
b. Panel cách nhiệt chân không (VIP)
Phần lõi của các panel cách nhiệt đặc biệt này bao gồm silica, graphite hoặc silicon carbide nano trong chân không và được bao bọc bởi các tấm vật liệu tổng hợp, nhôm bền và đặc chắc. Bằng cách loại bỏ không khí dẫn nhiệt, các panel này với độ dày chỉ 2-4 cm có các trị số cách nhiệt cao đặc biệt tương đương với các vật liệu panel polystyrene cách nhiệt truyền thống dày 20 cm. Tuy nhiên, vật liệu VIP khá nhậy cảm do hư hại cơ học có thể phá hủy chân không. Vì thế nó không thể cắt theo kích thước yêu cầu và giá thành còn cao.
d. Chứa nhiệt ẩn- Điều chỉnh nhiệt độ (“Phase change material”, PCM)
Vào mùa hè, các nhiệt độ cao tập trung tại không gian áp mái. Điều này có thể được xử lý khi kết hợp các vật liệu truyền thống như tấm thạch cao, gạch, bê tông, gạch panel với vật liệu PCM được chế tạo dựa trên sáp paraffin. Trong cách tiếp cận này, sáp paraffin tạo thành các hình cầu đường kính cỡ micro hoặc nanomet và nằm trong lớp phủ bằng kính acrylic hoặc chất dẻo. Khi sáp tan chảy ở các nhiệt độ cao, nó sẽ lấy năng lượng nhiệt từ xung quanh thông qua sự dịch chuyển từ pha rắn sang pha lỏng. Khi nhiệt độ lại giảm xuống, ví dụ như vào ban đêm, thì sáp trở nên rắn lại và giải phóng năng lượng nhiệt này. Các vật liệu xây dựng với PCM thích hợp để điều chỉnh nhiệt độ nội thất, và tối ưu, thậm chí có thể thay thế hoàn toàn nhu cầu sử dụng điều hòa không khí.
c. Cửa sổ Electrochromic với lớp phủ nano
Cửa sổ Electrochromic bao gồm các ô kính hai lớp kính (sandwich pane) với lớp phủ dẫn điện, trong suốt. Khoảng giữa của ô kính (interspace) chứa lớp sol-gel từ oxyt vonphram WO3. Khi có dòng điện nhỏ (tới 3V) thì lớp phủ cấu trúc nano này chuyển sang màu xanh lơ và giảm sự xuyên qua của ánh sáng mặt trời qua ô kính đa lớp này. Ánh sáng và nhiệt vào phòng có thể được kiểm soát thông qua các ô kính Electrochromic như vậy. Thời gian bật điện áp tùy thuộc kích thước cửa sổ và dao động trong 3-5 phút. Các ô kính electrochromic đời mới không cần cấp điện áp liên tục.
Các lớp phủ bề mặt
Trong lĩnh vực xây dựng hiện đã có sự phong phú của các sản phẩm lớp phủ bề mặt phổ biến trên thị trường dựa trên công nghệ nano. Các lớp phủ tập trung theo các chức năng “chống bám bẩn”, “kỵ nước” và “tự làm sạch”. Các lớp phủ như vậy bao gồm các loại sơn cho mặt ngoài công trình, các ô kính cửa sổ, tấm mái, bảo vệ chống thấm bề mặt các vật liệu, chống rêu mốc, chống vẽ bậy (“anti-graffiti”) hoặc chống bám bẩn (“anti- fingerprint”),...
Chống cháy
Kính bền lửa đặc biệt là ô kính hai lớp kính, ở giữa có nhồi SiO2 nano được tạo bọt, dày chỉ 3mm, nhằm ngăn cháy. Loại ô kính này có thể chịu được ngọn lửa nhiệt độ lên đến 1000°C trong 120 phút; ngoài ra chúng còn có ưu điểm bổ sung là rất nhẹ và mỏng. Tuy nhiên chính lớp phủ này cũng khó nhận biết bằng mắt. Bên cạnh các ứng dụng trong các tòa nhà, các ô cửa kính này cũng được sử dụng trong các tàu thủy. Sử dụng SiO2 nano cho các tấm panel sandwich nhẹ từ vật liệu sợi và rơm thường được sử dụng thi công bao che công trình hội chợ, triển lãm để tạo lớp phủ bền lửa.
Các hạt silicate cấu trúc nano (còn được gọi là clay nano) có thể được trộn với các chất dẻo để tối ưu hóa các thuộc tính chậm cháy và bền nhiệt. Ví dụ như các vật liệu nanocompozit này được ứng dụng để chế tạo lớp cách (isolation) bọc cáp hoặc làm nắp (ví dụ các hộp cầu chì, ổ cắm,) trong hoàn thiện nội thất.
=> Xem lại phần 1
=> Xem lại phần 2
Trung tâm Thông tin (Thep Nanowerk)