Строительные технологии и материалы постоянно развиваются. В этом процессе некоторые исследовательские группы стремятся решить наиболее актуальные проблемы, такие как повышение энергоэффективности или интеграция таких функций, как климат-контроль или освещение, непосредственно в элементы здания. Такие достижения, как бетон, генерирующий электроэнергию и анализирующий здания , или высокопрочные кирпичи из яиц, выводят строительные технологии на новый уровень.
Аэрокирпич Эмпа Омикрон.
Теперь исследователи из Empa, междисциплинарного института материаловедения, расположенного в Цюрихе, Швейцария, представили Aerobrick — новый тип полупрозрачного кирпича, наполненного кремнеземным аэрогелем. Этот революционный строительный материал, подробно описанный в научном журнале Journal of Building Engineering, выполняет ту же функцию, что и традиционный кирпич, но при этом обладает способностью пропускать естественный свет внутрь помещения и обеспечивает значительно превосходную теплоизоляцию и прочность.
Фактически, команда инженеров Янниса Вернери и Михала Ганобьяка представила первоначальную версию Aerobrick еще в 2017 году, но они усовершенствовали ее конструкцию, состав и производственный процесс для достижения большей эффективности. Цель — возможность возводить целые полупрозрачные стены с эффективной теплоизоляцией — теперь стала реальностью. Таким образом, эти новые кирпичи помогут сэкономить на отоплении, без необходимости нанесения дополнительного изоляционного слоя на кладку, а также на электроэнергии, обеспечивая рассеянное освещение во всех типах помещений.
Стекло и аэрогель
Вернери, Ганобьяк и их коллеги из отдела энергетических материалов и компонентов для строительства в Empa хотели разработать материал, который соответствовал бы принципам, которые римский архитектор Витрувий считал важнейшими для здания: долговечность, функциональность и красота.
Для достижения этой цели они тестировали различные конструкции, размеры и комбинации, но основные ингредиенты всегда оставались одними и теми же: флоат-стекло (изготавливаемое путем нанесения расплавленного стекла на слой расплавленного олова для достижения равномерной толщины и очень плоской поверхности), эпоксидная смола и гранулы кремнеземного аэрогеля. Все эти материалы были выбраны за их высокую оптическую прозрачность, позволяющую пропускать максимальное количество света без получения прозрачного конечного результата.
После сотен компьютерных симуляций окончательный дизайн приобрел форму четырех панелей из флоат-стекла толщиной 12 мм, соединенных распорками, боковые, нижние и верхние поверхности которых были герметизированы слоем эпоксидной смолы толщиной 1,5 мм. Распорки были приварены непосредственно между стеклянными панелями с помощью силиконовых форм. Эта технология позволила скрепить стекло, одновременно создав несколько воздушных камер между ними для оптимизации теплоизоляции.
Прототип кирпича Aerobrick. Эмпа Омикроно.
Для улучшения эксплуатационных характеристик в каждой из шести образовавшихся полостей было оставлено небольшое отверстие: четыре в среднем слое кирпича и по одному в каждом внешнем слое. Эти зазоры были заполнены гранулами аэрогеля без связующего вещества, и, наконец, отверстия были заделаны прозрачной лентой. Окончательные размеры кирпича составляют 500 мм × 136 мм × 84 мм.
После получения первых прототипов исследовательская группа сосредоточилась на проверке их возможностей как в компьютерном моделировании, так и в лабораторных условиях. Под воздействием гидравлического пресса Aerobrick продемонстрировал прочность на сжатие приблизительно в 45 мегапаскалей (МПа), что превосходит показатели любого кирпича, представленного в настоящее время на рынке.
Что касается теплопроводности, то у наполненного аэрогелем стеклянного кирпича значение не превысило 53 мВт/(мК), что является самым низким зарегистрированным значением среди всех доступных образцов. Кроме того, он пропускает большую часть видимого спектра света. Таким образом, благодаря своим высоким эксплуатационным и эстетическим качествам этот материал может статьновым конструктивным элементом фасадов.
Варианты использования
По мнению исследователей, стеклянные блоки из аэрогеля идеально подходят для помещений, которые не должны иметь прямой видимости извне по соображениям конфиденциальности, безопасности или во избежание помех, но при этом пропускают рассеянный дневной свет. Команда подчеркивает их полезность прежде всего в офисных зданиях, библиотеках, музеях и других общественных местах.
Один из блоков Aerobrick в промышленном прессе. Empa Omicrono.
Они также подчеркивают его универсальность в зданиях, где максимальное использование естественного освещения и экономия пространства имеют важное значение. В качестве примера они приводят густонаселенные городские кварталы с высотными зданиями и многочисленными квартирами — описание, применимое к центрам Мадрида, Барселоны или любого другого крупного города. Кроме того, они подчеркивают преимущества такого типа освещения для обитателей зданий и их циркадных ритмов, имея в виду физические, психические и поведенческие изменения, которые следуют за 24-часовым циклом и в значительной степени регулируются дневным светом.
Аналогичным образом, в отношении здоровых циркадных ритмов, к таким местам относятся больницы и дома престарелых, а также зоопарки, конюшни и другие животноводческие комплексы. Растения, не нуждающиеся в прямом солнечном свете, также могут получить большую пользу от теплиц, построенных из этого типа кирпича.
Иллюстрация, демонстрирующая несущую стену, построенную из Aerobrick. Empa Omicrono.
Сейчас, ожидая одобрения патента и потенциальных промышленных партнеров, руководители Aerobrick очень гордятся решением, позволяющим создавать легкие, тонкие и энергоэффективные периметральные стены: «Мы считаем, что наполненные аэрогелем стеклянные кирпичи могут пропускать больше света внутрь зданий через ограждающие конструкции, одновременно улучшая здоровье и помогая экономить энергию, необходимую для освещения и отопления».
Источник: https://www.elespanol.com/omicrono/.
