新型自适应屋面瓦无需电子设备 还可降低供暖和制冷成本

他们在《设备》（Device）杂志上发表的一篇论文中介绍了一种自适应瓦片，这种瓦片以阵列的形式安装在屋顶上时，可以降低冬季的取暖费和夏季的制冷费，而且不需要电子设备。

该研究的第一作者肖说："它可以根据瓷砖的温度在加热状态和冷却状态之间切换。目标温度约为华氏 65 度--约为摄氏 18 度。"

这个约四英寸见方的被动式体温调节装置融合了廖昌永在热科学方面的专长和霍克斯在机械设计方面的工作--一个可移动的表面，可以根据不同的温度改变其热特性。几年前，他们在往返于圣巴巴拉和加利福尼亚北部的长途旅行中萌生了这个项目的想法。

瓦片的开发和功能

"当时我们的配偶都在斯坦福大学，所以我们一起去旅行，想知道我们有可能一起做些什么，"廖说，他和霍克斯一样，都是加州大学伯克利分校机械工程系的教授。他们随后获得了加州纳米系统研究所（California NanoSystems Institute）的种子基金，用于设计机械可调热设备。

直到肖想到使用蜡马达，自适应瓦片的想法才最终成型。根据蜡在温度作用下体积的变化，蜡马达产生压力，从而移动机械零件，将热能转化为机械能。蜡电机常见于洗碗机和洗衣机等各种电器以及航空航天业等更专业的应用中。

就瓷砖而言，蜡马达根据其状态可以推动或缩回活塞，从而关闭或打开瓷砖表面的百叶窗。因此，在气温较低时，当蜡是固体时，百叶窗会关闭并平铺，露出能吸收阳光的表面，最大限度地减少通过辐射散热。

优势和测试结果

但是，一旦温度达到 18 摄氏度左右，蜡就会开始融化和膨胀，推动百叶窗打开，露出一个反射阳光和散发热量的表面。此外，在熔化或冷冻过程中，蜡还会吸收或释放大量热量，进一步稳定瓷砖和建筑物的温度。

肖解释说："因此，我们有一种可预测的开关行为，可在一个非常小的范围内工作。"根据研究人员的论文，测试表明，与覆盖传统反射或吸收涂层的非开关器件相比，冷却能耗降低了 3.1 倍，加热能耗降低了 2.6 倍。由于采用了蜡质电机，该装置的运行不需要电子设备、电池或外部电源，而且与其他类似技术不同的是，它的响应速度在目标范围的几度之内。此外，该装置设计简单，便于定制--可使用不同的热涂层和各种类型的蜡，使装置在所需的温度范围内运行，同时也便于大规模制造。

霍克斯说："该装置仍是一个概念验证，但我们希望它能带来新技术，有朝一日能对建筑物的能源消耗产生积极影响。"

编译来源：ScitechDaily