Архитектур дизайны байнга хөгжиж буй салбарт барилгын эрчим хүчийг багасгахын тулд шинэ, хөрвөх чадвартай материал бий болж буй бөгөөд барилга байгууламжийг халаах, хөргөх чадварыг хязгаарлахгүй гэдгээрээ тухайн материал онцлог ажээ.

Энэ материал бол Термобиметалл юм. Энэ материалыг жижиг хэмжээний сүүдэрлэх олон төхөөрөмжид амжилттай ашиглаж ирсэн бөгөөд тэдгээр нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн зохион байгуулалт, нарны цацрагийн дулаан, агаарын температураас хамааран ажиллах процесс явагддаг. Жишээлбэл, доорх зурган дээрээс харахад металлын бүтэц хөдөлгөөнгүй, дотогшоо муруй бөгөөд агаарын хөдөлгөөнөөс сэргийлж дулааныг хэмнэж байна. Бүтэц нь нарны шууд тусгалыг хүлээн авах үед проекц нь дээшээ муруйж, илүү их агаарын хөдөлгөөнийг оруулж бүтцийн дотор талыг хөргөх боломжийг олгодог байна.  

Америкийн материал туршилтын нийгэмлэгийн мэдээлснээр термобиметалл нь хоёр металл эсвэл түүнээс дээш термостатик металлыг зохих шинж чанар болон бусад материалаас бүрдсэн хавтгай хэлбэртэй, нийлмэл материал гэж тодорхойлдог. 

Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн температур өөрчлөгдөхөд муруйлт явагдаж эхэлдэг. Халах үед нэг давхарга нөгөөгөөсөө илүү өргөсөж хавтгай туузан хэсэг нь нэг талдаа нуглардаг, харин анхны температураас хөргөхөд эсрэг чиглэлд хазайдаг байна. Дулааны тэлэлтийн ялгаа их байх тусам механик шилжилт ихэсдэг.

Түүх

Биметалл шинж чанарыг олон төрлийн механик болон цахилгаан төхөөрөмжүүдэд ашиглахын зэрэгцээ анхны асаах/унтраах унтраалга ажиллуулахад өргөнөөр хэрэглэж байжээ. Хамгийн эртний биметаллыг 18-р зууны дунд үед цаг үйлдвэрлэгч Жон Харрисон бүтээжээ. Тэрээр улирлын хандлагатай температурын өөрчлөлтийг нөхөхийн тулд далайн хронометрийнхээ нэгийг хийсэн. Түүний анхны туршилтууд нь таваар холбосон хоёр ялгаатай металл туузаас бүрдсэн боловч дараа нь хайлсан гуулийг ган дэвсгэр дээр шууд хайлуулах аргыг зохион бүтээжээ.

Төхөөрөмжийн бүтэц, ажиллагаа

Температурын өсөлтийг мэдрэх үед янз бүрийн төрлийн металлууд өөр өөр хэмжээгээр өргөжиж, эсрэгээрээ мөн агшдаг. Өөр өөр дулаан тэлэлтийн хурдтай хоёр металл туузыг хооронд нь холбоход дээд туузыг халаах үед доод тууз тэлэхээс хэсэгчлэн сэргийлдэг. Хэрвээ гадны хүч хэрэглэхгүй бол биметал нь нуман хэлбэртэй болно.

 John Harrison хөрөг, 1766 он

Ихэвчлэн дулааны тэлэлтийн асар их ялгаатай коэффициент бүхий хоёр металлыг сонгодог. Хавчих, гагнах замаар байнга нийлдэг хоёр давхаргын хамгийн том дулааны тэлэлттэй талыг идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсэг гэж үзнэ. Энэ нь ерөнхийдөө янз бүрийн хэмжээгээр никель, төмөр, хром агуулсан хайлшаас бүрддэг. Өргөтгөл багатай буюу тэлэлт бага явагдах талыг идэвхгүй бүрэлдэхүүн хэсэг гэж нэрлэдэг бөгөөд үүнд зориулж Инварыг ихэвчлэн сонгодог ба энэ нь 36% никель агуулсан төмөр-никель хайлш юм. Зарим хоёр металлын төрлүүд нь материалын цахилгаан эсэргүүцлийг бууруулж, дулаан дамжуулалтыг нэмэгдүүлэхийн тулд хоёр давхаргын хооронд никель эсвэл зэсийн давхаргыг агуулсан байдаг. 

Тасралтгүй төөнөх халуун температурт биметаллын жижиг хэсгүүд дээшээ муруйдаг

Хоёр бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдсэн, халуунд өртсөн биметал тууз нь дараах илэрхийллийн дагуу муруйлтыг өөрчилдөг.

Үйлдвэрлэл

Биметалыг үйлдвэрлэхэд ашигладаг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг эхлээд температурын шинж чанараар нь сонгож, дараа нь тодорхой шаардлагаас хамааран бат бөх, ажиллах чадвар, тогтвортой байдал, дулаан дамжуулалт, цахилгааны шинж чанарыг харгалзан үздэг. Ерөнхийдөө хоёр металлыг аль ч мужид температурын өөрчлөлтөд хариу үйлдэл үзүүлэхийн тулд зөв бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг, ялангуяа бага тэлэлтийн бүрэлдэхүүн хэсгийг сонгох замаар үйлдвэрлэнэ. Ихэнхдээ давхаргууд нь гагнагдаж, дараа нь янз бүрийн халуун, хүйтэн цувих тээрэмд хавтгай болгон өнхрүүлдэг. Цаашдын боловсруулалт нь тодорхой хүйтэн цувих хөтөлбөрийн дагуу явагддаг. Янз бүрийн өнхрөх процессуудын хооронд хавтангууд нь хяналттай орчинд халаах зууханд дулааны боловсруулалт хийдэг. Эцсийн үйлдвэрлэлийн явцад хүйтнээр цувисан туузыг чанарын дагуу тэмдэглэж, ирмэгийг нь цавчиж, хугардаг. Тэмдэглэгээ нь ихэвчлэн халуун термостатик биметал объектын гүдгэр талд байрлах идэвхтэй давхарга дээр хийгддэг. Эцсийн давхаргыг 0.1-ээс 3 мм-ийн зузаантай болгон хуваасан бөгөөд үүнийг хэд хэдэн хэлбэрийн аль нэг хэлбэрээр хийж болно. 

Хэрэглээ

Зарим хэрэглээнд биметалл туузыг хавтгай хэлбэрээр ашигладаг бол бусад тохиолдолд нягтралын үүднээс ороосон байдлаар ашигладаг. Температурын өөрчлөлтийг механик шилжүүлэлт болгон хувиргадаг тууз ба диск нь хамгийн их ашиглагддаг хоёр металлын объект юм. Тиймээс биметалыг ихэвчлэн температурын өөрчлөлтийг хөдөлгөөн эсвэл хүч болгон хувиргах тохиолдолд ашигладаг. 

Биметалын хэрэглээ нь температурын заалт, температурын хяналт, цагийг хязгаарлах, хянах, аюулгүй байдлын функц зэрэг дөрвөн үндсэн ангилалд хуваагдана. Температурын заалт нь дугуй ороомогтой заагч термометрт хамгийн түгээмэл байдаг. Энэ хэрэглээнд хоёр металлын ачааллын цорын ганц шаардлага бол заагчийг хөдөлгөх хангалттай эргэлтийг бий болгох явдал юм.

Барилгын салбарт биметалууд нь температурын өөрчлөлтөд бие даан шилжих чадвартай болсноороо саяхан нээгдсэн. Өмнөд Калифорнийн Их Сургуулийн туслах профессор Дорис Ким Сон 2012 онд Лос Анжелес дахь Материал ба Хэрэглээний галлерейд хийсэн "Bloom” гэх мэт бүтээлээ танилцуулсан. Тухайн бүтээл нь 14,000 ухаалаг термобиметал хавтангаас бүрдэх бөгөөд тэдгээр нь гадаа орчны температур 70 хэмээс дээш өсөх эсвэл нарны туяа гадаргуу руу нэвтрэх үед муруйж, угсралтын хэлбэрийг бүхэлд нь өөрчилдөг. 

Австрали дахь NatHERS/BASIX процессын нэг хэсэг болгон барилгын дулааны ая тухыг үнэлэхийн тулд батлагдсан дулааны загварчлалын программ хангамжийг ашиглах ёстой болдог. Барилгын дулааны гүйцэтгэлийг сайжруулахын тулд параметрүүд, цонхонд сүүдэрлэх төхөөрөмж нэмэх зэрэг орно. Гэсэн хэдий ч эдгээр байнгын сүүдэрлэх байгууламжууд нь цонхны харагдах байдлыг бүрмөсөн хязгаарлахад үнэтэй байдаг. Тиймээс, хэрэв эдгээр термобиметал бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг боловсруулж, олноор нь үйлдвэрлэж, эцэст нь NatHERS программ хангамжаар хүлээн зөвшөөрөгдвөл тэдгээр нь одоо байгаа зарим сүүдэрлэх төхөөрөмжүүдтэй адил тэгш ажиллах боломжтой болох юм. 

Материалын нэмэлт хэрэглээ

Архитектор Дорис Ким Сунгийн боловсруулсан эдгээр технологиуд нь биологийн системээс ихээхэн санаа авч, барилгын эрчим хүчний зарцуулалтыг бууруулж, хана дундуур идэвхгүй дулаан дамжуулах боломжийг динамик ханын системд нэвтрүүлж, туршиж байна. Мөн нарны цацрагийн температурт хариу үйлдэл үзүүлж, сүүдэрлэх термобиметалын бүрэлдэхүүн хэсэг бүхий давхар бүрхүүлтэй цонхны системийг боловсруулж байна. Эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ялангуяа өндөр барилгад ашиглах үед зөвхөн агааржуулалтын систем ажиллаж байх үед ажилладаг тул цахилгаан тасарсан тохиолдолд барилгын дулааны ая тухыг хадгалахын зэрэгцээ барилгын эрчим хүчний хэрэгцээг бууруулахын зэрэгцээ барилгын NatHERS/BASIX үнэлгээнд чухал нөлөө үзүүлэх болно хэмээн зарим судлаачид үзэж байгаа аж. 

Мэдээжийн хэрэг, биметалууд нь тэсвэрлэх температур, даах ачааллын хувьд олон хязгаарлалттай байдаг. Гэсэн хэдий ч, инженерийн материал, ялангуяа барилгын эрчим хүчний хэрэглээг багасгах зорилгоор эсвэл зүгээр л гоо зүйн үр нөлөөгөөр нь мэдрэгчтэй фасадыг бий болгоход зориулагдсан материалуудыг бий болгох асар их нөөц бололцоотой бөгөөд цаашид судлах нь зүйтэй.