Näin luomme selluloosakalvoja, jotka jäähdyttävät passiivisesti lämpösäteilyn avulla

Artikkelit
VTT

VTT:llä kehitetään passiivista jäähdytysratkaisua ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi. ”Ratkaisumme on energiaa säästävä ikkunakalvo, joka mukautuu sääolosuhteisiin ja mahdollistaa rakennusten passiivisen jäähdytyksen ja lämmityksen. Ratkaisu perustuu uusiutuvaan kasvipohjaiseen nanoselluloosaan, jota voidaan käyttää kalvona tai pinnoitteena”, sanoo VTT:n tutkija ja projektipäällikkö Aayush Jaiswal.

Ilmastonmuutos on lisännyt kuumuuden aiheuttamia terveysongelmia eri puolilla maailmaa ja kasvattanut jäähdytyksen tarvetta. Ilmastointi ja muu aktiivinen jäähdytys kuluttaa runsaasti sähköä ja aiheuttaa hiilidioksidipäästöjä, jotka pahentavat ongelmaa. Tilanne edellyttää passiivisten eli ilman sähköä toimivien jäähdytysteknologioiden käyttöä aktiivisen jäähdytyksen tukena. VTT:n iBEX-innovaatio-ohjelmaan kuuluvassa CoolCellulose-projektissa tutkitaan kasvipohjaisen nanomateriaalin - nanoselluloosan - mahdollisuuksia passiivisessa jäähdytyksessä.

Markkinoilla on jo ikkunakalvoja ja auringon valosäteilyä estäviä laseja, joita voidaan käyttää passiiviseen jäähdytykseen. CoolCellulose-tiimin ratkaisun uutuus on materiaali, jonka toiminta muuttuu sään mukaan. Tiimin kehittämä kalvo voisi mukautua automaattisesti sääolosuhteisiin ja auttaa näin jäähdyttämään rakennusta kesällä sekä pitämään sen lämpimänä talvella. Tämä säästäisi energiaa ympäri vuoden, toisin kuin puhtaasti jäähdyttävät ratkaisut. 

“Ratkaisumme ei korvaa aktiivisia jäähdytys- tai lämmitysjärjestelmiä, vaan täydentää niitä. Tämä vähentäisi sähkönkulutusta erityisesti verkkoa kuormittavien kulutuspiikkien aikana. Säähän mukautuva järjestelmä on erityisen kiinnostava ympäristöissä, joissa lämpötila vaihtelee merkittävästi eri vuodenaikojen välillä”, Aayush Jaiswal selvittää.

CoolCellulose -tiimin jäseniä: Ari Hokkanen, Vinay Kumar, Aayush Jaiswal ja Anniina Savolainen. 

CoolCellulose team members: Ari Hokkanen, Vinay Kumar, Aayush Jaiswal and Anniina Savolainen . Sergei Shakalo and Tapio Mäkelä were not present at the photo shooting.

Termokromiset partikkelit tuovat nanoselluloosaan uusia ominaisuuksia

Tiimi valmistaa kalvoa nanoselluloosasta. Kalvo saadaan mukautumaan sääolosuhteisiin lisäämällä siihen termokromisia partikkeleita. 

“Käytämme partikkeleita, jotka on suunniteltu muuttamaan optisia ominaisuuksiaan määritellyssä lämpötilassa. Lisäksi teemme kalvon toiselle puolelle erittäin ohuen heijastavan pinnoitteen, jolloin kalvo toimii kuumalla säällä ja kirkkaassa auringonvalossa peilin tavoin. Tämä helpottaa tilojen jäähdyttämistä. Kylmällä kalvo sen sijaan imee auringon säteilyä itseensä ja auttaa tilan lämmittämisessä. Kynnyslämpötilaa voidaan säätää tarpeen mukaisesti”, Jaiswal kertoo.

CoolCellulose-konsepti on kehitetty VTT:n iBEX-innovaatio-ohjelmassa tiimissä, joka koostuu materiaalitieteen, fotoniikan ja laskennallisen mallinnuksen asiantuntijoista. Tiimi on onnistunut valmistamaan kalvoa laboratoriomittakaavassa. Tämä on edellyttänyt sekä nanoselluloosamateriaalien että fotoniikan ja optisen mittauksen asiantuntemusta.  
 

Arvioitu jäähdytyspotentiaali jopa 5 °C

CoolCellulose-tiimi on testannut ratkaisuaan laboratoriossa ja ulkotiloissa sekä rakentanut simulaatiomallin ratkaisun potentiaalin osoittamiseksi. 

“Ratkaisun vaikutusten osoittamiseksi teimme laboratoriossa termisiä mittauksia, joissa jäljittelimme auringon säteilyä aurinkolampun avulla. Havaintojemme pohjalta arvioimme ratkaisun jäähdytyspotentiaaliksi noin 5 celsiusastetta”, Jaiswal mainitsee. 

Tiimi on rakentanut laskennallisen mallin ratkaisun suorituskyvyn simulointiin. Mallin avulla tiimi voi tutkia mahdollisia vaikutuksia eri puolilla maailmaa ja erilaisissa sääolosuhteissa toteuttamatta kenttäkokeita kaikkialla. 

“Jos ulkolämpötila on esimerkiksi 35 celsiusastetta, odottaisin auringon suuntaan avautuvan ikkunallisen huoneen lämpötilan pysyvän ratkaisun avulla noin 5 celsiusastetta viileämpänä. Tämä on merkittävää sillä jo yhden asteen lämpötilaero pienentää suuren rakennuksen energiankulutusta noin viidellä prosentilla”, Jaiswal huomauttaa.

CoolCellulose-tiimin jäseniä ovat biopohjaisiin kestäviin materiaaleihin erikoistuneet erikoistutkija Vinay Kumar ja tutkija Aayush Jaiswal sekä fotoniikan ja optisen mittauksen asiantuntija, tutkija Ari Hokkanen VTT:ltä. Simulaatioissa asiantuntijana toimii VTT:n tutkija Sergei Khakalo. Tutkimusassistentti Anniina Savolainen ja erikoistutkija Tapio Mäkelä VTT:ltä ovat mukana selluloosakalvon valmistuksessa.

 CoolCellulose-näytteen analysointi VTT:llä.

Analysis of the CoolCellulose material at VTT

Aayush Jaiswal esittelee CoolCellulose-näytettä.

Aayush Kumar presenting VTT's CoolCellulose team's material

Cool-Cellulose -näyte

Sample of VTT's CoolCellulose material
Jaa
Vinay Kumar
Vinay Kumar
Research Team Leader
Aayush Jaiswal
Aayush Jaiswal
Ari Hokkanen
Ari Hokkanen
Research Scientist

Haluamme keskittää kaiken osaamisemme ja tarmomme näihin teknologisiin haasteisiin, joissa voimme saada aikaan suurinta mahdollista vaikuttavuutta.