Поскольку температура во всем мире растет, потребность в более устойчивых вариантах охлаждения также растет. Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и их коллеги нашли доступный и масштабируемый процесс охлаждения зданий летом и обогрева их зимой.

Исследовательская группа под руководством Аасвата Рамана, доцента кафедры материаловедения и инженерии инженерной школы Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, недавно опубликовала исследование в Отчеты о клетках Физические науки подробное описание нового метода управления движением лучистого тепла через обычные строительные материалы для оптимизации управления температурой.

Лучистое тепло, которое ощущается всякий раз, когда горячая поверхность согревает наши тела и дома и переносится электромагнитными волнами, распространяется по всему широкополосному спектру на уровне земли между зданиями и окружающей их средой, например, улицами и соседними постройками. С другой стороны, тепло перемещается между зданиями и небом в гораздо более узкой части инфракрасного спектра, известной как окно передачи атмосферы. Разница в том, как лучистое тепло передается между зданиями и небом по сравнению с землей, уже давно представляет собой проблему для охлаждения зданий с меньшим количеством обращенных к небу поверхностей. Эти здания трудно охлаждать летом, поскольку они сохраняют тепло от земли и соседних стен при высокой температуре наружного воздуха. Их не менее сложно обогреть зимой, поскольку температура на улице падает, и здания теряют тепло.

«Если мы посмотрим на исторические города, такие как Санторини в Греции или Джодхпур в Индии, мы обнаружим, что охлаждение зданий за счет отражения крыш и стен солнечного света практиковалось на протяжении веков», — сказал Раман, руководитель лаборатории комбинационного рассеяния света в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе Самуэли. «В последние годы наблюдается огромный интерес к охлаждающим кровельным покрытиям, отражающим солнечный свет. Но охлаждение стен и окон — гораздо более тонкая и сложная задача».

Однако, учитывая доказанный успех охлаждения зданий с помощью супербелой краски на крышах, отражающей солнечный свет и излучающей тепло в небо, исследователи решили создать аналогичный эффект пассивного радиационного охлаждения, покрыв стены и окна материалами, которые лучше справляются с этой задачей. перемещение тепла между зданиями и окружающей средой на уровне земли. Исследователи продемонстрировали, что материалы, способные преимущественно поглощать и излучать лучистое тепло внутри атмосферного окна, могут оставаться прохладнее, чем обычные строительные материалы, летом и теплее, чем зимой.

«Мы были особенно взволнованы, когда обнаружили, что такие материалы, как полипропилен, который мы получили из бытового пластика, могут очень эффективно избирательно излучать или поглощать тепло в атмосферном окне», — сказал Раман. «Эти материалы граничат с обыденностью, но та же масштабируемость, которая делает их широко распространенными, также означает, что в ближайшем будущем мы сможем увидеть, как они терморегулируют здания».

Помимо использования легкодоступных и экономичных материалов, подход команды также имеет дополнительное преимущество, заключающееся в экономии энергии за счет снижения зависимости от кондиционеров и обогревателей, которые не только дороги в эксплуатации, но и способствуют выбросам углекислого газа.

«Предложенный нами механизм является полностью пассивным, что делает его устойчивым способом охлаждения и обогрева зданий в зависимости от сезона и дает неиспользованную экономию энергии», — сказал Джотирмой Мандал, первый автор исследования и бывший научный сотрудник лаборатории Рамана. Мандал в настоящее время является доцентом гражданской и экологической инженерии в Принстонском университете.

По мнению исследователей, новая методология может легко масштабироваться и окажет особенное влияние на сообщества с низкими доходами, имеющими ограниченный или отсутствующий доступ к системам охлаждения и отопления, где наблюдается рост числа жертв в результате экстремальных погодных явлений по всему миру.

Раман и его команда изучают способы продемонстрировать этот эффект в более крупных масштабах зданий и реальную экономию энергии, особенно в уязвимых к жаре сообществах в Южной Калифорнии.