- TU Graz 研發的陶瓷立方體可無需電力降温。
- 這些立方體利用蒸發冷卻原理，能迅速降低周圍温度。
- 3D 列印技術使得複雜的幾何形狀設計成為可能。
- 陶瓷冷卻系統提供低成本、低影響的被動冷卻方案。
奧地利格拉茲科技大學 (TU Graz) 的研究人員已經開發出可透過 3D 列印技術製作的陶瓷立方體，能在無需電力的情況下冷卻空氣。這些立方體利用蒸發冷卻的原理，當水分被多孔陶瓷吸收後，便會蒸發，並從周圍空氣中吸取熱量。在一個炎熱的閣樓中進行的測試顯示，單個充水立方體周圍的温度瞬間下降近 7°C (約 12.6°F)。該項目來自 TU Graz 的建築與媒體研究所，研究人員 Milena Stavric 形容這是古老物理學通過現代製造方式再度煥發活力的例證。
陶罐和傳統的風塔已經使用蒸發冷卻技術數世紀，而現在，3D 列印技術使得設計能夠最大化此效果的幾何形狀成為可能。
3D 列印技術的應用
每個立方體的邊長約為 23 釐米，採用數字設計並從陶土混合物中列印而成。列印出的陶土在低温下燒製，以創造出高度多孔的材料。關鍵在於其幾何形狀。研究團隊使用了 TPMS 結構，即三重週期性最小表面設計。這種設計提供了非常大的表面積，同時使用的材料卻非常少。水通過毛細作用進入多孔陶瓷，並在複雜的幾何形狀中均勻擴散，然後在其大表面上不斷蒸發，從而抽出周圍空氣中的熱量。Stavric 指出：「這種原理在陶罐和傳統風塔中已經運行了數世紀。
這裡的關鍵技術進步在於利用 3D 列印，讓我們能夠從陶土混合物中製作出高度複雜、多孔且功能優化的幾何形狀。」
利用生物材料提升性能
團隊進一步通過將生物材料納入過程來提升性能。在列印前，將真菌培養物和木屑混入陶土中。隨著立方體的燒製，真菌的菌絲網絡會在材料中生長，最終在燒製過程中，真菌和木屑會燃燒殆盡，留下微觀和宏觀孔隙的密集網絡。水能更輕易地通過這些孔隙擴散，進一步改善冷卻效果。研究團隊還在嘗試利用奧地利 Neusiedl 湖的湖底沉積物。這個淺水湖需要定期疏浚以防止淤泥積聚，目前大部分提取的沉積物都被丟棄。
TU Graz 的研究人員認為，這些沉積物可以作為 3D 列印陶瓷冷卻元件的原材料。
在 TU Graz 進行的控制實驗直接測量了立方體的冷卻效果。研究人員將一個充水的立方體放置在炎熱的閣樓中，並監測周圍的温度。立方體周圍的空氣温度降低了近 12.6°F。Kristijan Ristoski 表示：「冷卻效果在整個房間內都非常明顯。」他在碩士論文中探討瞭如何將立方體及水源整合到冷卻牆中。目前在 TU Graz 的 Campus Neue Technik 上，有一面 2 米乘 2 米（約 6.6 英尺乘 6.6 英尺）的示範牆，公眾可以親身體驗其效果，另一個展示則位於格拉茲的感知博物館。
被動冷卻系統的優勢
空調系統消耗大量能源，並向環境釋放熱量，這會加劇城市熱島效應。而陶瓷蒸發冷卻系統則不會造成這些問題。此係統僅需水和自然氣流。Stavric 表示：「我們的目標是為那些在高温下特別痛苦的人提供冷卻。」我們依賴自然冷卻原理，而非耗能的空調技術。」這些立方體設計適用於住宅和辦公樓、學校、公共空間及候車區，無論在室內還是室外空氣中均可發揮作用。這類被動冷卻系統在樹木無法大量生長的密集城市中提供了一種低成本、低影響的替代方案。
陶瓷冷卻系統對城市環境的影響
隨著城市化進程加快，傳統空調系統的能耗和熱排放問題日益嚴重。TU Graz 的陶瓷立方體提供了一種可持續的解決方案，利用蒸發冷卻原理，無需電力運行，降低了對環境的影響。這種被動冷卻技術特別適合於熱島效應嚴重的城市，能有效改善居住環境，並為高温地區的居民提供舒適的生活條件。