Nhà khoa học Việt sáng chế tấm vật liệu xây dựng tự làm mát

Giảm chi phí

TS Nguyễn Đình Dũng, thành viên của nhóm, cho biết, hiện nay, chi phí làm mát chiếm tới 40% tổng chi phí năng lượng của các tòa nhà, hộ gia đình. Để chống nóng, người ta sử dụng vật liệu cách nhiệt, song hiệu quả không cao.

Vật liệu cách nhiệt chỉ có thể giảm bớt sự đốt nóng theo cơ chế dẫn nhiệt. Trong khi đó, các cơ chế đối lưu, bức xạ khí quyển và bức xạ mặt trời vẫn gây tác động lớn làm gia tăng nhiệt độ ngôi nhà. Giải pháp mà nhóm nghĩ đến là tạo ra các tấm vật liệu xây dựng tự làm mát để giảm sự tăng nhiệt.

TS Nguyễn Đình Dũng cho biết, có thể tận dụng các loại nhựa tái chế, nhựa từ rác thải... để làm nguyên liệu đầu vào. Với chi phí sản xuất vào khoảng 150.000 - 180.000 đồng/m2, vật liệu này có thể dùng để lợp mái, tấm trần nhà, tấm ốp tường hay làm mát các nhà xưởng công nghiệp. Tấm vật liệu xây dựng có khả năng duy trì các công trình xây dựng luôn luôn ở trạng thái dưới 30 độ C.

Nhóm nghiên cứu cho biết, ở quy mô phòng thí nghiệm tấm vật liệu xây dựng tự làm mát được sản xuất với kích thước 10cm x10cm. Chiều dày của tấm vật liệu xây dựng tự làm mát là 1,5cm. Sản phẩm có màu trắng, là màu của lớp phản xạ.

Trong 2 lớp cấu tạo nên tấm vật liệu xây dựng tự làm mát, lớp thứ nhất có màu trắng, có chức năng là phản xạ hầu như toàn bộ ánh sáng mặt trời. Lớp này có thành phần là các loại oxide kim loại trắng, có hệ số phản xạ lớn gồm kẽm oxit (ZnO), oxit titan (TiO2) và muối CaCO3.

Các chất này đều dưới dạng bột, có kích thước hạt được tối ưu hóa (~ 450 nm) để cho hệ số phản xạ cao nhất. Ở lớp này còn có một lượng nhỏ polymer đóng vai trò của chất kết dính là polymer PMMA.

Kết quả đo phổ phản xạ cho thấy, hệ số phản xạ của tấm vật liệu xây dựng tự làm mát đạt được tới gần 100% (> 98%). Con số này cao vượt trội so với các loại sơn phản xạ nhiệt tốt nhất hiện nay.

Lớp thứ 2 có nguyên liệu chủ yếu là rác thải nhựa tái chế. Phần ruột của lớp này là một loại polymer đã được biến tính. Chức năng của phần ruột này chính là thu năng lượng nhiệt của không khí, chuyển hóa vào các liên kết hóa học và sau đó bức xạ hồng ngoại để đưa năng lượng đó vào không gian.

Loại polymer được sử dụng là cellulose-g-polyoxyethylene. Ngoài ra có các hạt nano silica đóng vai trò như bộ khung định hình cấu trúc. Độ dẫn nhiệt của chất chuyển hóa nhiệt đo được trên thiết bị THB 500 là 0.523 W/(m.K). Đây là một độ dẫn nhiệt rất cao đối với các polymer.

Đặc biệt, thành phần vinyl floride (PVF) và sự phối hợp của nó với các thành phần khác trong ruột của lớp thứ 2 mới là yếu tố đóng vai trò quyết định đến hiệu quả bức xạ hồng ngoại.

Chất bức xạ trong tấm vật liệu xây dựng tự làm mát có đỉnh bức xạ rất mạnh (gần 100%) tại số sóng gần 1.000 cm-1 – tương đương với bước sóng gần 10 µm. Điều này tạo ra hiệu quả cao cho chức năng làm mát bằng bức xạ hồng ngoại.

Tấm vật liệu xây dựng tự làm mát kích thước 1m2 sẽ có trọng lượng khoảng 36 - 39kg. Trên mỗi tấm đều có rãnh hẹp và gờ nhỏ để ghép các tấm với nhau. Mỗi tấm sẽ có 4 lỗ nhỏ để dễ dàng bắt vít vào tường, trần hoặc mái công trình. Khi ghép các tấm với nhau, các lỗ bắt vít sẽ được che kín để tạo tính thẩm mỹ.

Chống bám bụi, rêu mốc

Theo nhóm nghiên cứu, sản phẩm ngoài tính năng tự làm mát còn giúp chống bám bụi, trầy xước, rêu mốc, chống ồn. Để thử khả năng tự làm mát trên thực tế, nhóm đã xây dựng ngôi nhà mô hình có đối chứng, một sử dụng tấm làm mát, một chỉ sử dụng tấm gỗ ép dày 2cm.

Cả 2 ngôi nhà được chiếu sáng bằng một bóng đèn sợi đốt 200 W (đóng vai trò như một mô hình của mặt trời). Sau 33 phút chiếu sáng, nhóm nhận thấy sự khác biệt của nhiệt độ không khí trong 2 ngôi nhà. Sự chênh lệch nhiệt độ này tiếp tục gia tăng theo thời gian chiếu sáng.

Sau 74 phút chiếu sáng, nhiệt độ không khí trong ngôi nhà có mái làm bằng tấm vật liệu xây dựng tự làm mát thấp hơn 5,5 độ C so với ngôi nhà có mái làm bằng tấm gỗ ép. Sau đó, tấm gỗ ép được thay thế bằng các vật liệu khác như tấm gạch men hoặc bìa carton... và lặp lại thí nghiệm. Nhóm đều thu được kết quả có sự chênh lệch nhiệt độ tương tự như thí nghiệm ban đầu.

TS Nguyễn Đình Dũng cho hay, các thành phần trong tấm vật liệu này đều không độc hại với con người và môi trường. Đây là một ưu điểm so với các sản phẩm sơn bởi lẽ trong sơn vẫn có nhiều dung môi hữu cơ độc hại cho sức khỏe.

Bề mặt của tấm vật liệu xây dựng tự làm mát có độ bóng nhẵn cao (một điều kiện để phản xạ ánh sáng mặt trời mạnh), do đó tạo nên giá trị thẩm mỹ cao. So với sơn, tấm vật liệu xây dựng tự làm mát có độ bền cơ học cao hơn vì dày 1,5 cm được bắt vít chắc chắn vào tường thay vì chỉ bám dính bề trên mặt như sơn.

Chất kết dính các thành phần trong tấm vật liệu xây dựng tự làm mát là polymer, vốn là vật liệu rất bền về hóa học, chịu được tác động của các chất kiềm hoặc axit.

"Trong khi các nhóm khác chỉ tái chế rác thải thành các sản phẩm thấp cấp thì chúng tôi tìm kiếm phương pháp tái chế rác thải thành sản phẩm cao cấp, có chất lượng cao và tính năng vượt trội.

Các sản phẩm cao cấp luôn dễ được mọi người chấp nhận hơn, bởi thế mở ra khả năng sử dụng rộng rãi, và cũng vì thế mở rộng khả năng tái chế rác thải hiệu quả", TS Dũng cho hay.