W zespole kierowanym przez dr. Sebastiana Koziołka z Wydziału Mechanicznego trwają pracę nad nową technologią ocieplania budynków. Naukowcy proponują natryskiwanie obiektów pianką poliuretanową, dzięki czemu wewnątrz łatwiej będzie utrzymać ciepło
Obecnie najpopularniejszymi materiałami stosowanymi do ocieplania budynków są wełna mineralna, styropian EPS i styropian ekstrudowany. – Ich transport jest stosunkowo drogi, bo to materiały o dużej objętości – mówi dr Sebastian Koziołek. - Poza tym ich wytworzenie jest długim procesem produkcyjnym. Najpierw konieczne są procesy fizykochemiczne, a potem mechaniczna obróbka, bo te materiały są produkowane w bloku, a potem cięte. To wszystko generuje koszty. Dlatego postanowiliśmy opracować technologię, która będzie tańsza, a jednocześnie bardziej efektywna.
Technologia, nad którą pracuje zespół dr. Koziołka, opiera się o zastosowanie poliuretanu, który jest natryskiwany na budynek. – Sama w sobie nie jest niczym nowym. Innowacją są opracowywane przez nas konfiguracje materiałowe i technologiczne, dzięki którym możliwe jest stosowanie takiej pianki na zewnątrz budynku – opowiada kierownik projektu.
Pianka może być natryskiwana zarówno na ściany betonowe, jak i ceglane, z drewna czy ze stali. Jej przewagą nad dotychczas stosowanymi materiałami jest to, że szczelnie okleja budynek. Dzięki temu nie tworzą się na nim tzw. mostki termiczne. To miejsca, w których budynek traci ciepło. Powstają najczęściej na styku płyt ocieplających budynek, np. w miejscu połączenia dachu ze ścianą zewnętrzną. – W naszej technologii mostków termicznych nie ma, bo nie ma miejsc łączeń – tłumaczy dr Koziołek. – Stosowana przez nas pianka ściśle do siebie przylega i łączy się ze sobą, tworząc jednolitą powierzchnię i nie pozostawiając takich przestrzeni.
Kolejne testy potrzebne
Do tej pory naukowcy ocieplili pianką dwa budynki w ramach projektu „Laboratorium Biznesu” finansowanego przez Dolnośląską Agencję Rozwoju Regionalnego. Później przeprowadzili w nich testy termiczne, dzięki „Bonowi na innowacje” przyznanemu im przez Wrocławskie Centrum Transferu Technologii Politechniki Wrocławskiej. Badania wykazały, że pianka ma niższy współczynnik przechodzenia ciepła (λ=0,022 W/mK) niż najlepsza pod tym względem , powszechnie dostępna, wełna mineralna (λ=0,033 W/mK).
Kolejny krok to badania wytrzymałości materiału i wytrzymałości samych urządzeń do natryskiwania pianki, nad którymi pracują naukowcy. Dr Koziołek liczy na to, że uda się je sfinansować z programu „Bon na innowację”, ale tym razem finansowanego przez Polską Agencję Rozwoju Przedsiębiorczości.
- Pracujemy także nad innymi aspektami naszego projektu, m.in. nad łączeniem poliuretanu z materiałami naturalnymi, takimi jak wełna czy elementy bawełny. W ten sposób poszukujemy elementów, które są odpadami produkcyjnymi, a mają wysoki poziom efektywności izolacji termicznej i mogłyby być zastosowane w naszym projekcie - opowiada dr Koziołek.
Badacze będą także testować rozwiązania, które mają skrócić czas izolowania cieplnego budynku i ograniczyć straty pianki w tym procesie. Na razie jest bowiem tak, że po zaaplikowaniu materiału na obiekt wymaga on dodatkowej obróbki. Trwa to długo i powstaje wiele odpadów. Z tego względu technologia nie jest jeszcze najefektywniejsza pod względem kosztów. – Mamy już pomysły na to, jak je obniżyć – podkreśla dr Koziołek. – To jednak wymaga dalszych prac i dlatego będziemy się starać o kolejne dofinansowania do naszego projektu.
Następnym etapem prac ma być już dążenie do komercjalizacji rozwiązania opracowanego przez naukowców. Dr Koziołek podkreśla, że prowadzi już rozmowy w tej sprawie z dużymi firmami zainteresowanymi tą technologią, a także z naukowcami z University of Central Lancashire w Wielkiej Brytanii i z Politechniki Mediolańskiej. W planach jest próba uzyskania grantu z programu Horyzont 2020.
Zespół doktora Koziołka tworzą dr Mateusz Słupiński z Wydziału Inżynierii Środowiska i dwóch jego dyplomantów – Bartosz Pryda i Marek Mysior. Przy projekcie współpracują także specjaliści od budownictwa, pracujący w firmach zaangażowanych w tę inicjatywę.
Algorytm na wynalazki
Projekt nowej technologii ocieplania budynków jest jednym z efektów zastosowania metodologii Inventive Engineering, jaką od kilku lat rozwija na Politechnice Wrocławskiej dr Koziołek. – To nowe podejście w budowaniu innowacji, które bierze pod uwagę aspekty zarówno technologiczne i środowiskowe, jak również społeczne i ekonomiczne danego pomysłu. Jest on więc weryfikowany zarówno pod względem innowacyjności, jak i tego, czy na rynku jest zapotrzebowanie na dany produkt czy technologię – tłumaczy naukowiec.
Metodologia Inventive Engineering składa się z sześciu etapów pracy nad konkretnym pomysłem na nowy produkt czy usługę.
Pierwszy jest pomiarem innowacyjności – istniejących koncepcji i technologii, także w kontekście ekonomicznym. – Na tym etapie prognozujemy rozwój technologii i szukamy tych projektów, które są przyszłościowe – opowiada dr Koziołek. – Jeśli więc np. obserwujemy trendy środowiskowe i to że Unia Europejska przyznaje dofinansowania do ekologicznych rozwiązań, a w polskim społeczeństwie wzrasta świadomość konieczności dbania o środowisko, to wiemy już, że rozwiązania przyjazne środowisku będą w najbliższej przyszłości potrzebne i poszukiwane na rynku. Identyfikujemy więc potrzeby i problemy, analizujemy otoczenie i prognozujemy rozwój konkretnych technologii w kontekście zmiany ekonomicznej, technologicznej, społecznej i środowiskowej.
Pomocna jest w tym Teoria Rozwiązywania Innowacyjnych Zagadnień TRIZ, która służy analizie ewolucji systemów i pomaga prognozować to, jakie technologie będą potrzebne w przyszłości. Stosują ją na co dzień tak duże firmy jak np. Samsung.
Kolejny etap to product and technology development (rozwój produktu i technologii), w którym buduje się strategię rozwoju produktu czy technologii oraz przedsiębiorstwa, które będzie je oferować. Zakłada on, że pracując nad danym rozwiązaniem, jednocześnie myślimy już nad drugą i trzecią generacją produktu, jaki chcemy zaoferować, a by później móc wprowadzić je na rynek, gdy ten będzie na to gotowy lub gdy zauważymy większą aktywność naszej konkurencji.
Trzecim elementem jest budowa zespołu wynalazczego (inventive team development) uznawanego za jeden z najważniejszych czynników sukcesu w komercjalizacji nowej technologii. – Konieczny jest tu rozwój zespołu w zakresie heurystycznym, a zatem stałe pobudzanie kreatywności jego członków, oraz w zakresie systematycznym, czyli podkreślanie na każdym kroku, że najważniejsze są jednak realia rynkowe, skuteczne projektowanie inżynierskie i zapotrzebowanie na nasz produkt w przyszłości – tłumaczy dr Koziołek.
Czwarty etap to już pozyskiwanie wiedzy, czyli knowledge aquisition, który polega na stałym uczeniu się, by nie opierać się wyłączenie o wiedzę, którą już posiadamy.
Dalej są concept generation, czyli projektowanie koncepcyjne, w którym stosuje się m.in. design thinking, Synektykę czy ponownie metodę TRIZ, a następnie analiza przygotowanych koncepcji i opracowanie specyfikacji technicznej.
Ostatnim etapem metodologii jest concept development, a zatem opracowanie modeli nowego produktu, dokumentacji technicznej, na podstawie której powstanie prototyp, a potem jego badania.
Nad metodologią Inventive Engineering dr Koziołek pracuje od 15 lat, współpracując z naukowcami z Politechniki Mediolańskiej, Uniwersytetu George Mason z Waszyngtonu, Stanford University oraz The University of Sydney w Australii, gdzie realizował badania nad opracowaniem metodologii Inventive Engineering i jej zastosowania w przemyśle w ramach programów Go8, TOP 500 oraz projektów 7 Programu Ramowego Unii Europejskiej. Obecnie dr Koziołek pracuje nad rozwojem i zastosowaniem tej metodologii w Polsce, projektując i wdrażając nowe wynalazki.
O metodologii Inventive Engineering będzie można posłuchać także podczas międzynarodowej konferencji poświęconej metodzie TRIZ, jaka w październiku przyszłego roku odbędzie się we Wrocławiu. Jej gospodarzem będzie Politechnika Wrocławska, a partnerem wydarzenia – ETRIA (European TRIZ Association), międzynarodowe stowarzyszenie promujące metodę TRIZ. Do Wrocławia mają wówczas przyjechać wybitni specjaliści zajmujący się projektowaniem nowych technologii i produktów.
Lucyna Róg