Дослідники з Університету Каліфорнії в Лос-Анджелесі розробили новий недорогий метод охолодження будівель влітку та обігріву взимку, використовуючи звичайні будівельні матеріали, такі як поліпропілен, який може ефективно керувати тепловими потоками між будівлями та їхнім оточенням.
Теплове інфрачервоне зображення Ройс Холу Університету Каліфорнії в Лос-Анджелесі демонструє променисте тепло. Фасад поглинає тепло (від білого до блідо-червоного) від землі (червоний колір), тоді як частина тепла від землі/будівлі випромінюється в холодне небо (синій колір). Лабораторія комбінаційного розсіювання / Каліфорнійський університет в Лос-Анджелесі
Цей інноваційний підхід базується на використанні звичайних будівельних матеріалів, здатних поглинати або випромінювати тепло, що дозволяє ефективно регулювати температуру всередині приміщень без необхідності використання дорогих і енерговитратних систем кондиціонування чи опалення. Команда дослідників під керівництвом Аасвата Рамана, доцента матеріалознавства та інженерії в UCLA, опублікувала свої висновки в журналі Cell Reports Physical Science.
Ключовим елементом нового підходу є маніпулювання променистим теплом — тепловою енергією, яка переноситься електромагнітними хвилями. Променисте тепло впливає на температуру будівель, оскільки воно рухається між об’єктами в широкосмуговому спектрі на рівні землі та у вужчому інфрачервоному спектрі, відомому як атмосферне вікно передачі, між будівлями та небом. Ця різниця в спектрах вже давно становить проблему для ефективного охолодження і обігріву будівель, оскільки менша кількість поверхонь будівель, спрямованих у бік неба, робить їх вразливими до затримання тепла від землі та сусідніх конструкцій. Особливо це актуально для будівель у міських умовах, де густо забудовані райони зменшують можливість ефективного охолодження через обмежений доступ до відкритого неба.
З історії відомо, що деякі старовинні міста, такі як Санторіні в Греції або Джодхпур в Індії, використовували білу фарбу на дахах для відбивання сонячного світла, що допомагало охолоджувати будівлі. Проте охолодження стін і вікон є складнішим завданням через меншу площу поверхні, що контактує з відкритим небом.
Останніми роками дослідники досягли значного успіху у використанні супербілої фарби на дахах, яка здатна не тільки відбивати сонячне світло, але й випромінювати тепло в атмосферне вікно. Ця технологія стала основою для нового підходу, який передбачає покриття стін і вікон матеріалами, що можуть ефективніше керувати тепловими потоками.
Одним із ключових матеріалів, які дослідники використали, є поліпропілен — широко доступний побутовий пластик. Під час експериментів виявилося, що цей матеріал здатний вибірково випромінювати або поглинати тепло в інфрачервоному спектрі, що робить його ідеальним для регулювання температури всередині будівель. Крім того, поліпропілен має високу масштабованість, що дозволяє використовувати його в масовому будівництві.
Дослідження показало, що матеріали, здатні ефективно випромінювати променисте тепло через атмосферне вікно, можуть значно знизити температуру поверхні будівель влітку і зберегти тепло взимку. Це дозволяє зменшити залежність від кондиціонерів і обігрівачів, що не лише економить енергію, але й знижує викиди вуглекислого газу, сприяючи боротьбі зі зміною клімату.
Переваги нового підходу полягають не лише в енергоефективності, але й у його доступності для широкого застосування. Використання дешевих і поширених матеріалів, таких як поліпропілен, робить цей метод економічно вигідним навіть для малозабезпечених громад, які часто найбільше страждають від екстремальних погодних умов. Це особливо важливо в умовах глобального потепління, коли необхідність у доступних і сталих рішеннях для регулювання температури стає все більш актуальною.
Зараз команда Рамана працює над масштабуванням цієї технології для великих будівель та районів, які найбільш вразливі до спеки, таких як Південна Каліфорнія. Дослідники планують демонструвати ефект на великих об’єктах, а також проводити розрахунки реальної економії енергії, яку можна досягти завдяки використанню їхнього підходу.
На думку авторів, запропонована методологія має великий потенціал для зміни підходу до будівництва та експлуатації будівель в умовах змін клімату. Вона може стати важливим інструментом у боротьбі зі зміною клімату та забезпечити енергоефективність на глобальному рівні.