Design and development of smart cool materials for the built environment
Authors: Γομπάκης Κωνσταντίνος 
Published: September 2021

Τις τελευταίες δεκαετίες έχει σημειωθεί σημαντική αύξηση στον αστικό πληθυσμό του πλανήτη. Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα του αστικού περιβάλλοντος είναι η υπερθέρμανση των πόλεων. Τα κτίρια και τα αστικά δομικά υλικά διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην υπερθέρμανση των πόλεων. Επιπλέον, τα κτίρια ευθύνονται για το 40% της παγκόσμιας κατανάλωσης πρωτογενούς ενέργειας. Ως εκ τούτου, υπάρχει επείγουσα ανάγκη για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων μέσω προηγμένων υλικών.Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη, πειραματική αξιολόγηση και ενσωμάτωση των ψυχρών επιχρισμάτων στο δομημένο περιβάλλον. Η εισαγωγή των ψυχρών επιχρισμάτων οδηγεί σε εξοικονόμηση ενέργειας και καλύτερη ποιότητα περιβάλλοντος τόσο στα κτίρια όσο και στους εξωτερικούς χώρους.Η παρούσα εργασία διαρθρώνεται σε επτά κεφάλαια. Στο Κεφάλαιο 1 δίνεται μια εισαγωγή στα ψυχρά υλικά. Επιπλέον παρουσιάζεται η στάθμη περιεχομένου, οι ερευνητικοί στόχοι και η μεθοδολογία της διατριβής. Το Κεφάλαιο 2 είναι αφιερωμένο στον πειραματικό εξοπλισμό που χρησιμοποιήθηκε για τον χαρακτηρισμό, την ανάπτυξη και τη μέτρηση των ψυχρών επιχρισμάτων.Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται η ανάπτυξη και η δοκιμή των ανόργανων ψυχρών επιχρισμάτων. Παρέχεται λεπτομερής ανάλυση των πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται για τη κατασκευή τους. Είκοσι δύο ψυχρά επιχρίσματα αναπτύσσονται και υποβάλλονται σε πειραματικές μετρήσεις. Οι μετρήσεις περιλαμβάνουν τη μέτρηση της ανακλαστικότητας στην ηλιακή ακτινοβολία και τον συντελεστή εκπομπής υπέρυθρης ακτινοβολίας. Τέλος, τα ψυχρά επιχρίσματα εκτίθενται στο εξωτερικό περιβάλλον και μετριέται η ικανότητά τους να μειώνουν την επιφανειακή θερμοκρασία. Το καλύτερο ψυχρό επίχρισμα παρουσίασε μείωση της επιφανειακής θερμοκρασίας έως και 7K. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται η ανάπτυξη και δοκιμή των θερμοχρωμικών επιχρισμάτων. Δύο κύριες οικογένειες θερμοχρωμικών επιχρισμάτων αναπτύσσονται και υποβάλλονται σε πειραματικές μετρήσεις: ανόργανες και οργανικές. Παρουσιάζεται η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός του ανόργανου θερμοχρωμικού επιχρίσματος. Επιπλέον, τρία εμπορικά διαθέσιμα οργανικά θερμοχρωμικά επιχρίσματα χρησιμοποιούνται. Αξιολογείται η ανακλαστικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία και ο συντελεστή εκπομπής υπέρυθρης ακτινοβολίας όλων των θερμοχρωμικών επιχρισμάτων. Επιπλέον, η θερμοκρασία επιφανείας των θερμοχρωμικών επιχρισμάτων μετράται να είναι έως 5Κ χαμηλότερη, σε σύγκριση με το συμβατικό επίχρισμα με το ίδιο χρώμα. Στο Κεφάλαιο 5 αναλύεται η επίδραση της περιβαλλοντικής γήρανσης στα ψυχρά επιχρίσματα. Όλα τα επιχρίσματα εκτίθενται στις εξωτερικό περιβάλλον. Η αρχική και τελική ανακλαστικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία και ο συντελεστή εκπομπής υπέρυθρης ακτινοβολίας μετριούνται. Τα ανόργανα ψύχρα επιχρίσματα παρουσίασαν μικρή μείωση στην ανακλαστικότητα στην ηλιακή ακτινοβολία και στον συντελεστή εκπομπής υπέρυθρης ακτινοβολίας. Τα θερμοχρωμικα επιχρίσματα παρουσίασαν μικτά αποτελέσματα. Η επίδραση των εξωτερικών συνθηκών στα ανόργανα θερμοχρωμικά είναι αμελητέα. Ενώ παρατηρείται σημαντική αποδόμηση για τα οργανικά θερμοχρωμικά επιχρίσματα. Στο Κεφάλαιο 6 εξετάζονται οι αλλαγές στα κτίρια και στο εξωτερικό περιβάλλον με τη χρήση των αναπτυγμένων ψυχρών επιχρισμάτων. Οι επιδράσεις των αναπτυγμένων επιχρισμάτων σε καλά και μη καλά μονωμένο κτίριο υπολογίζονται χρησιμοποιώντας το ESP-r. Όλα τα επιχρίσματα συμβάλλουν στην ενεργειακή μείωση τόσο των καλά και μη μονωμένων κτιρίων κατά 5-14% σε ετήσια βάση. Επιπλέον, υπολογίζεται η επίδραση των ψυχρών επιχρισμάτων στο αστικό περιβάλλον. Αναπτύχτηκε μια νέα μέθοδος για την έμμεση σύζευξη του προηγμένου λογισμικού θερμικής μοντελοποίησης κτιρίου και μικροκλιματικής μοντελοποίησης. Αναφέρεται η σημασία της σύζευξης του εξωτερικού και του εσωτερικού περιβάλλοντος. Οι μικροκλιματικές συνθήκες της υπό διερεύνηση περιοχής μπορεί να οδηγήσουν σε ± 10% αλλαγή των αναγκών θέρμανσης/ψύξης.