В жаркий день человек потеет — и это спасает. Испарение влаги с кожи уносит тепло. У африканского слона потовых желёз почти нет, зато есть густая сеть трещин на толстой коже. Когда слон обливается водой, она задерживается в этих трещинах и испаряется медленно, охлаждая животное часами.
Именно эту идею взяли за основу исследователи Пенсильванского университета. Они создали цементные плитки, которые сами захватывают воду, удерживают её и охлаждают поверхность здания без вентиляторов, компрессоров и сложной техники.
Как устроена «слоновья» плитка
В обычном строительстве трещины считаются дефектом. Здесь их превратили в преимущество. Учёные смешали обычный портландцемент с пористым материалом — диатомитом (остатками ископаемых водорослей). Плитки отливают, частично гидратируют, а затем сушат в строго контролируемых условиях. При усадке материал растрескивается не хаотично, а по заранее заданному рисунку, образуя сеть тонких каналов.
Микроскопические поры внутри материала работают как крошечные резервуары: они мгновенно впитывают капли воды. А искусственная сеть трещин действует как система каналов, которая распределяет влагу по поверхности — даже против силы тяжести на наклонных плоскостях. Геометрия в виде сот заставляет воду двигаться зигзагом, а не стекать сразу вниз. В результате поверхность остаётся влажной до 20 часов, и испарение стабильно отводит тепло.
Что показали испытания
Под инфракрасным нагревом, имитирующим солнечные лучи, и при периодическом увлажнении температура под такими плитками держалась на уровне 32°C. Для сравнения: обычная растрескавшаяся штукатурка нагревалась до 42°C, а целая — до 52°C.
«В США мы проводим около 90% времени в помещениях, а здания потребляют примерно 4% первичной энергии — почти половину из них на отопление, охлаждение и вентиляцию, — отмечает Шу Ян (Shu Yang), специалист по материалам из Пенсильванского университета. — Пассивный биовдохновлённый фасад вроде этого может снизить температуру поверхности на 6–11°C по сравнению с традиционной штукатуркой».
В отличие от кондиционеров, которые тратят энергию и дополнительно нагревают улицу, выбрасывая тепло наружу, эта система охлаждает саму «кожу» здания.
Простота и масштабируемость
Смесь цемента с диатомитом можно наносить на большие площади с помощью строительных пистолетов, что открывает путь к относительно дешёвому и быстрому монтажу прямо на объекте.
«Экстремальная жара уже стала самым смертоносным климатическим риском, а мы десятилетиями пытались максимально изолировать здания от окружающей среды, — говорит Дорит Авив (Dorit Aviv), доцент архитектуры. — Если мы научимся проектировать материалы, которые работают с природными процессами, а не против них, то сможем по-новому подойти к тому, как города остаются пригодными для жизни».
В будущем исследователи видят «умные» системы полива: автоматическая подача воды по данным погоды, чтобы увлажнять фасад только тогда, когда это действительно нужно, и расходовать влагу максимально экономно.
Работа опубликована в журнале Advanced Materials. Пока это лабораторный прототип, но идея уже показывает, как простой природный принцип — трещины, удерживающие воду, — может превратиться в практичный инструмент пассивного охлаждения зданий.
