Инженеры разработали технологии, которые могут охлаждать здания в многолюдных мегаполисах без потребления электроэнергии, что является важным нововведением в то время, когда города работают над адаптацией к изменению климата.
Система состоит из специального материала — недорогой полимерной / алюминиевой пленки, которая устанавливается внутри коробки, на дне специально разработанного солнечного «укрытия». Пленка помогает сохранять прохладу, поглощая тепло из воздуха внутри коробки и передавая эту энергию через атмосферу Земли в космическое пространство. Укрытие служит двойному назначению, помогая блокировать входящий солнечный свет, а также отдавать тепло, излучаемое пленкой в небо.
«Полимер остается холодным, поскольку он рассеивает тепло посредством теплового излучения, а затем может охлаждать окружающую среду», — говорит соавтор Лю Лю, кандидат наук в области электротехники в Университете при Буффало, на факультете инженерных и прикладных наук. «Это называется радиационным или пассивным охлаждением, и оно очень интересно, потому что оно не потребляет электричество — ему не понадобится батарея или другой источник электричества для осуществления охлаждения».
«Одним из нововведений нашей системы, является способность целенаправленно отправлять тепловые выбросы в небо», — говорит ведущий исследователь Цяоцян Ган, доктор философии, доцент UB по электротехнике. «Обычно тепловые выбросы распространяются во всех направлениях. Мы нашли способ направлять выбросы в узком направлении. Это позволяет системе быть более эффективной в городских условиях, где со всех сторон стоят высокие здания. Мы используем недорогие, коммерчески доступные материалы, и мы уверены, что они работают очень хорошо «.
Данная система разработанная инженерами, имеет размеры около 18 дюймов в высоту (45,72 сантиметра), 10 дюймов в ширину и 10 дюймов в длину (25,4 сантиметра). Чтобы охладить здание, необходимо установить многочисленные узлы системы на крыше.
Исследование будет опубликовано 5 августа в журнале Nature Sustainability . Это исследование было международным сотрудничеством между группой Гана в UB, группой Буна Оои в Университете науки и техники имени короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии и группой Зонгфу Ю в Университете Висконсин-Мэдисон. Наряду с Чжоу, со-первыми авторами являются Хаомин Сонг, доктор философии, доцент UB по исследованиям в области электротехники, и Цзяньвэй Лян в KAUST. Исследование частично финансировалось Национальным научным фондом.
Система, которая работает в течение дня, и в трудных условиях
Новая пассивная система охлаждения решает важную проблему в этой области: как радиационное охлаждение может работать в течение дня в многолюдных городских районах.
«Ночью радиационное охлаждение реализуется довольно легко, потому что у нас нет солнечного света, поэтому тепловые выбросы просто выходят, и мы легко реализуем радиационное охлаждение», — говорит Сонг. «Но дневное охлаждение является проблемой, потому что солнце светит. В этой ситуации нам нужно найти стратегии, чтобы предотвратить нагревание крыш. Нам также нужно найти излучающие материалы, которые не поглощают солнечную энергию. Наша система решает эти проблемы».
При размещении на улице, в течение дня теплоизлучающая пленка и укрытие от солнца помогли снизить температуру в небольшом замкнутом пространстве максимум на 6 градусов по Цельсию (11 градусов по Фаренгейту). Ночью эта цифра выросла примерно до 11 градусов по Цельсию (около 20 градусов по Фаренгейту).
Как инновационная архитектура может стимулировать радиационное охлаждение
Новая система радиационного охлаждения имеет ряд оптически интересных конструктивных особенностей.
Одним из центральных компонентов является полимер / металлическая пленка, которая изготовлена из листа алюминия, покрытого прозрачным полимером, называемым полидиметилсилоксаном. Алюминий отражает солнечный свет, а полимер поглощает и рассеивает тепло из окружающего воздуха. Инженеры поместили материал на дно ящика из пенопласта и установили на нем солнечное укрытие, используя материал, поглощающий солнечную энергию, чтобы построить четыре наклонные наружу стены вместе с перевернутым квадратным конусом внутри этих стен.
Эта архитектура преследует двойную цель: во-первых, она помогает аккумулировать солнечный свет. Во-вторых, форма стенок и конуса направляет тепло, излучаемое пленкой к небу.
«Если вы посмотрите на фару вашего автомобиля, она имеет определенную структуру, которая позволяет направлять свет в определенном направлении», — говорит Ган. «Мы придерживаемся такого рода конструкции. Структура нашей системы формирования лучей расширяет наш доступ к небу. Способность направлять выбросы улучшает производительность системы в людных местах».
