Lần đầu tiên các kỹ sư có thể mô phỏng lại cơ chế làm mát của cơ thể bằng mồ hôi lên trên những bức tường.
Nếu bạn thấy một cái tường thấm nước ở bất cứ đâu trên thế giới, đó rất có thể là một cái tường đã bị hỏng. Hiện tượng này thường xảy ra trong mùa nồm ẩm, hoặc khi trời mưa dầm khiến lớp sơn lâu ngày bị thoái hóa, gây ra hiện tượng tường thấm nước hoặc "đổ mồ hôi".
Nhưng nếu bạn thấy một cái tường đổ mồ hôi ở Singapore, đừng vội nghĩ nó đã hỏng. Một nhóm các kỹ sư ở quốc gia nhiệt đới này đang đi ngược lại với toàn thế giới. Họ không làm ra sơn chống thấm, mà cố tình chế tạo sao cho chúng thấm được nước.
Cụ thể, lớp sơn này sẽ tích nước vào ban đêm khi trời sương xuống, rồi tự đổ mồ hôi để làm mát vào ban ngày, giống như cơ thể con người.
Nhờ đó, những ngôi nhà ở Singapore được sơn bằng loại sơn đặc biệt này có thể mát hơn từ 40% so với nhà thông thường cùng màu. Hóa đơn tiền điện của họ từ đó cũng sẽ giảm tới 40%, nhờ vào việc giảm thời gian bật điều hòa để làm mát.
Làm mát một ngôi nhà cũng giống như làm mát cơ thể
Loại sơn tích nước là một phát minh mới của các kỹ sư đến từ Trường Kỹ thuật Cơ khí và Hàng không Vũ trụ (MAE), trực thuộc Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore.Trong đó, họ đã sử dụng cơ chế làm mát thụ động bằng bốc hơi để hạ nhiệt các tòa nhà vào mùa hè, điều mà chưa ai từng nghĩ và thực hiện trước đây.
Thông thường, làm mát thụ động trong xây dựng thường sử dụng hai cơ chế "bắt chước" cách làm mát của cơ thể con người là đối lưu và bức xạ nhiệt.
Đối lưu là sử dụng gió mát thổi qua cơ thể để trao đổi nhiệt và làm hạ thân nhiệt. Như cách chúng ta sử dụng quạt, các tòa nhà được thiết kế với khả năng thông gió tốt, ví dụ như sử dụng gạch tổ ong, có thể mát hơn 20-30% vào những ngày hè có gió.
Làm mát bằng bức xạ là việc truyền nhiệt từ vật nóng sang vật lạnh, giống như cách chúng ta bật điều hòa để hạ nhiệt độ phòng. Nhưng đối với các tòa nhà, công thức là ngược lại, làm sao để chúng không hấp thụ nhiệt từ vật nóng hơn là không khí và ánh nắng Mặt Trời.
Để làm được điều này, các kỹ sư đã chế tạo ra những loại sơn siêu trắng, pha hạt nano để phản xạ và hấp thụ bớt năng lượng Mặt Trời, không cho chúng chuyển hóa thành nhiệt để bị hấp thụ vào bên trong nhà.
Nhờ phương pháp này, các tòa nhà có thể tiếp tục mát hơn từ 3-5 độ C, tương ứng với hiệu quả giảm nhiệt từ 20-30%.
Thế nhưng, cơ thể con người còn có một phương pháp làm mát vô cùng hiệu quả khác mà các tòa nhà khó có thể bắt chước:
Làm mát bằng bốc hơi, hay chính xác là hiện tượng đổ mồ hôi
Làm mát bằng mồ hôi là cơ chế làm mát hiệu quả nhất của cơ thể con người vào mùa hè. Trong đó, các tuyến mồ hôi dưới da sẽ tiết nước, nhiệt của cơ thể truyền vào nước, rồi nước nóng bốc hơi mang nhiệt bay đi làm mát cơ thể.
Để bắt chước được cơ chế làm mát này của cơ thể người, các kỹ sư MAE đã phải tìm cách tạo ra được các tuyến mồ hôi nhân tạo cho những bức tường.
Họ làm vậy bằng cách chế tạo một loại sơn có gốc xi măng, với các cấu trúc xốp bằng gel canxi silicat hydrat (CSH) bên trong, cho phép chúng giữ nước khi độ ẩm không khí ngoài trời cao, chẳng hạn như khi sương xuống vào ban đêm hoặc vào một ngày mưa ẩm.
Lớp sơn này sau đó sẽ có khả năng giải phóng hơi nước từ từ vào ban ngày. Khi ánh nắng chiếu xuống, truyền nhiệt vào ngôi nhà, nhiệt lượng này sẽ làm nóng nước tích tụ, khiến chúng bốc hơi mang theo nhiệt lượng dư thừa và làm mát ngôi nhà.
Không những vậy, bản thân lớp sơn này cũng được pha màu trắng, giúp phản xạ tới 92% ánh sáng Mặt Trời. Tổng hợp cả cơ chế bốc hơi và phản xạ bức xạ, lớp sơn này có khả năng cản tới 95% lượng nhiệt mà lẽ ra nó phải hấp thụ.
Để ngăn không cho nước thấm được qua lớp sơn và làm hỏng nó, các kỹ sư tại MAE đã thêm vào vật liệu một loại polymer và muối đặc biệt. Các vật liệu này sẽ cách nước với lớp xi vữa bên trong tường, và ngăn ngừa hiện tượng sơn nứt nẻ.
Trên thực tế, họ đã thử nghiệm loại sơn này ở Singapore từ năm 2023 tới nay, và sau 2 năm, lớp sơn vẫn giữ được cả màu sắc, khả năng chống thấm và tính năng làm mát của nó.
Giảm tới 40% tiền điện điều hòa
Cụ thể, trong nghiên cứu, các kỹ sư MAE đã sơn 3 ngôi nhà với 3 loại sơn khác nhau: một là sơn trắng thông thường, hai là sơn thương mại có tính năng phản xạ nhiệt, ba là sơn thấm nước mới.Kết quả cả hai loại sơn còn lại đã bị ố vàng sau 2 năm, dẫn đến mất thẩm mỹ và khả năng làm mát của chúng cũng bị suy giảm.
Sơn thấm nước thì ngược lại. Nó vẫn giữ được màu sắc và có khả năng giữ cho ngôi nhà mát hơn tới 40%, từ đó giảm được 40% tiền điện điều hòa so với hai ngôi nhà còn lại.
"Chìa khóa nằm ở khả năng làm mát thụ động của loại sơn này. Nó hoạt động mà không cần năng lượng đầu vào, không cần điện và không cần bất kỳ hệ thống cơ học nào cả", Li Hong, một trong số tác giả nghiên cứu, một nhà khoa học vật liệu làm việc tại MAE cho biết. "Loại sơn này hoạt động hoàn toàn dựa trên vật lý".
Đây là tin tốt cho các thành phố như Singapore, nơi khí hậu nóng ẩm quanh năm. Không khí ẩm giữ nhiều nhiệt hơn, khiến các tòa nhà khó làm mát hơn.
Đó là lý do tại sao điều hòa không khí phải làm việc vất vả, khi chúng vừa phải loại bỏ cả nhiệt, lại vừa phải đẩy độ ẩm từ trong nhà ra ngoài trời, tạo thành những vũng nước chảy tong tỏng ra phố.
Loại sơn mới của Singapore đã giúp giải quyết cả hai vấn đề này, bằng cách phản xạ ánh sáng Mặt Trời và làm bay hơi nước từ từ, để làm mát tòa nhà một cách tự nhiên.
Các kỹ sư hy vọng phát minh của họ sẽ sớm được ứng dụng tại các tòa nhà văn phòng, trường học, chung cư và cả các ngôi nhà mặt đất. Mục tiêu của họ là giúp mọi người dân, nhất là ở các vùng nhiệt đới nóng ẩm có thể sống thoải mái mà không cần phụ thuộc quá nhiều vào điều hòa.
