Охлаждающее покрытие излучает тепло в космос

Панель из нового многослойного материала поможет охладить здание без энергозатратного кондиционера

(иллюстрация Nicolle R. Fuller, Sayo-Art LLC).

На фото руководитель исследования Шаньхой Фань и его коллеги в отражении созданного ими прототипа панели

(фото Norbert von der Groeben, Stanford Engineering).

Поддержание комфортной температуры в помещении летом — дело не простое и весьма затратное. По оценкам специалистов, в жару кондиционеры используют до 15% общего энергопотребления зданий. Не удивительно, что архитекторы и учёные постоянно ищут альтернативные источники прохлады.

Мы уже писали о смелых проектах домов будущего и стенах из гидрогеля, позволяющих охлаждать воздух за счёт испарения влаги. На этот раз инженеры из Стэнфордского университета (Stanford University) представили совершенно новый способ экономии. Они предлагают в прямом смысле отправлять излишки тепла в космос.

Существует три основных способа передачи тепла: через твёрдый материал, при помощи конвекции и излучения. В первом случае тепло переносится между двумя соприкасающимися средами, имеющими разную температуру. При конвекции энергия передаётся струями, например, с потоком горячего воздуха из открытой духовки. Помимо этого тепло может распространяться в виде инфракрасного излучения, в частности, это позволяет чувствовать тепло камина на расстоянии.

Команда под руководством профессора Шаньхой Фаня (Shanhui Fan) разработала особое покрытие, которое не только отражает солнечные лучи, но и излучает тепло из помещения в космическое пространство. В основе технологии лежит комбинация двуокиси кремния (SiO2) и оксида гафния (HfO2) на тонком слое серебра. Конечный материал формируется из семи таких слоёв и составляет в толщину всего 1,8 микрометра (тоньше алюминиевой фольги).

Для того чтобы описать принцип работы покрытия, стоит обратиться к природным аналогиям. В ясный солнечный день летом свет падает на землю и приносит с собой много тепла. Часть лучей отражается, но их количество незначительно и за счёт положительного баланса теплообмена земля нагревается. На покрытых снегом горных вершинах солнечные лучи также достигают поверхности, но большая часть света отражается снегом. В результате излучение может вызвать ожоги на коже, но не греет почву.

Новое покрытие, нанесённое на крышу, отражает до 97% света, падающего на здание. Но это не главный его секрет. Слои материала настроены таким образом, что выводят тепло изнутри здания в виде излучаемого вовне инфракрасного излучения. При этом частота волн не даёт нагреваться воздуху вокруг здания и выводит тепло в верхние слои атмосферы и космос.

Авторы проекта сравнивают своё изобретение с зеркальным радиатором, который охлаждает помещение и одновременно предотвращает его нагрев извне. Эксперименты показали, что под палящим солнцем температура материала остаётся ниже температуры окружающего воздуха на 5 градусов Цельсия.

Правда, для успешного использования разработки требуется решить две технические проблемы. Во-первых, необходимо найти эффективный способ выведения тепла из недр здания на его крышу, чтобы покрытию было, что излучать. Во-вторых, необходимо наладить довольно сложное производство крупных панелей из такого отражающего материала.

Размер действующего лабораторного прототипа, использованного в эксперименте, не превышает диаметр пиццы.
Работа, опубликованная в издании Nature, является первым осторожным шагом на пути к решению глобальной проблемы выведения излишков тепла.

"Сейчас любой объект, который производит ненужное тепло, просто выбрасывает его в атмосферу через радиатор. Наше исследование открывает путь к технологии, которая позволит нам использовать холод Вселенной как всемирный радиатор", — говорит Фань в пресс-релизе.