Ученые из Испании сделали шаг к технологии, которая в будущем может кардинально изменить подход к охлаждению домов. Исследователи разработали специальный наноматериал, способный снижать температуру поверхностей даже под прямыми солнечными лучами — причем для этого не нужны электричество, компрессоры или обычные кондиционеры.
Разработкой занимается команда Института микро- и нанотехнологий (IMN-CNM) при Испанском национальном исследовательском совете CSIC. Проект основан на явлении пассивного радиационного охлаждения, которое использует уникальное свойство земной атмосферы.
Если технологию удастся масштабировать, она может найти применение не только в строительстве. Потенциально речь идет об автомобилях, электронике, промышленном оборудовании и даже персональных системах охлаждения.
Как материал может охлаждаться под солнцем
На первый взгляд принцип работы технологии кажется почти невероятным. Поверхность находится под солнечным излучением, но одновременно становится холоднее.
Секрет заключается в свойствах инфракрасного излучения. В атмосфере Земли существует так называемое «окно прозрачности» в диапазоне примерно от 8 до 13 микрометров. Через него тепловое излучение может проходить сквозь атмосферу непосредственно в космическое пространство.
Таким образом, специально созданный материал фактически отдает собственное тепло наружу. Если при этом он отражает большую часть солнечного излучения, поверхность получает меньше энергии, чем теряет.
Именно это позволяет ей охлаждаться даже днем.
В отличие от кондиционера, такая система не должна потреблять электроэнергию для самого процесса охлаждения. Ей не нужны компрессор или сложная механическая система.
Ученые выбрали необычный полимер
Для создания материала исследователи использовали поливинилиденфторид, известный как PVDF.
Этот полимер уже обладает способностью излучать тепло в инфракрасном диапазоне. Однако ученым удалось оптимизировать его структуру таким образом, чтобы усилить необходимые свойства.
Руководительница проекта COOLed Кристина Висенте отмечает, что материал сочетает сразу несколько характеристик, важных для практического применения.
Он не только эффективно излучает тепло, но и устойчив к ультрафиолетовому излучению. Кроме того, поверхность отталкивает воду, благодаря чему может частично самоочищаться.
Это особенно важно для строительных материалов. Крыша или фасад постоянно подвергаются воздействию солнца, дождя, пыли и других факторов окружающей среды. Если покрытие быстро будет терять свои свойства, его практическая ценность окажется небольшой.
Почти 97% тепла излучается в нужном диапазоне
Результаты экспериментов показали значительный потенциал разработки.
Оптимизированная версия материала после специальной обработки отражает в среднем 82,4% солнечного излучения. Одновременно она излучает 96,7% тепловой энергии в инфракрасном диапазоне от 8 до 13 микрометров.
Именно этот диапазон является ключевым для технологии, поскольку через него тепло может покидать поверхность и направляться в космос.
Исследователи также подвергли материал воздействию ультрафиолетового излучения. Такая процедура способствовала его отбеливанию и повысила способность отражать солнечный свет.
Разница в температуре оказалась особенно заметной в экстремальных условиях. В самые жаркие, сухие и солнечные дни обработанная поверхность оставалась на 12,9°C холоднее, чем необработанный образец.
Это очень существенный показатель, если речь идет о крышах и фасадах зданий, которые летом могут нагреваться до чрезвычайно высоких температур.
Сможет ли материал заменить кондиционеры
Пока говорить о полной замене кондиционеров рано. Технология находится на стадии разработки, а лабораторные результаты еще необходимо проверить в масштабных реальных условиях.
Тем не менее потенциал у нее очень большой.
Охлаждение зданий уже сегодня является огромным потребителем энергии. По данным исследователей, на кондиционирование приходится почти 20% мирового потребления электроэнергии.
С ростом средних температур эта проблема будет только усугубляться. Чем жарче становится летом, тем больше людей используют кондиционеры, а значит, увеличивается нагрузка на электросети.
Пассивное охлаждение может частично изменить эту ситуацию. Если крыша или фасад самостоятельно будут отводить значительное количество тепла, помещение будет нагреваться медленнее. Это позволит кондиционерам работать меньше или поддерживать необходимую температуру с меньшими затратами энергии.
Где еще можно использовать технологию
Авторы разработки считают, что сфера применения нового материала может быть значительно шире строительства.
Его потенциально можно наносить на крыши и фасады, использовать в транспорте, электронных устройствах и других объектах, которые перегреваются под воздействием солнца.
Особенно перспективным может стать использование таких покрытий там, где доступ к электроэнергии ограничен или ее использование слишком дорого.
Еще одно преимущество заключается в производстве. По словам исследователей, процесс изготовления материала относительно недорогой и может быть совместим с уже существующими промышленными технологиями.
Однако до массового применения еще далеко. Ученым необходимо проверить, насколько долго покрытие будет сохранять свои свойства, как оно будет вести себя в разных климатических условиях и насколько эффективным окажется на больших площадях.
Если эти испытания подтвердят лабораторные результаты, обычные крыши и фасады в будущем могут превратиться в своеобразные пассивные системы охлаждения. Они не будут производить холод в привычном понимании, а просто не позволят теплу накапливаться — и часть этой энергии буквально будут отправлять в космос.
