Инженеры Berkeley Lab разработали кровельное покрытие, которое может сохранять здание теплее или прохладнее, в зависимости от погоды. Когда жарко, материал будет отражать солнечный свет и тепло, но это радиационное охлаждение автоматически отключается зимой, сокращая потребление энергии как на обогрев, так и на охлаждение.
Системы радиационного охлаждения работают, отбирая тепловое излучение (то есть тепло) из здания, а затем отправляя его в небо. Поскольку атмосфера прозрачна для этих длин волн, тепло уходит прямо в космос. В других версиях используются отражающие поверхности, такие как супербелые краски, чтобы отражать солнечный свет и тепло, сохраняя прохладу в здании.
Но хотя эти системы могут хорошо работать для охлаждения вашего дома летом, они также сохраняют прохладу зимой. Поэтому для нового исследования команда разработала покрытие, которое может автоматически переключаться на улавливание тепла, когда ртутный столбик термометра падает. Они называют этот материал термоадаптивным радиационным покрытием (TARC).
Ключ к технологии - это странное соединение, называемое диоксидом ванадия (VO2). В 2017 году команда обнаружила необычное свойство VO2 - когда температура достигает 67°C, материал будет проводить электричество, но не тепло, что явно противоречит известной физике.
Теперь команда применила эту причуду на практике. Идея состоит в том, что, когда погода становится теплой, материал поглощает и излучает тепловое и инфракрасное излучение и, таким образом, удерживает его от здания. Но в прохладную погоду материал прозрачен для тепла, что позволяет ему проходить от Солнца прямо к зданию.
Команда протестировала изобретение с использованием пластырей из тонкой пленки TARC площадью 2 см2 и сравнила их с образцами коммерческих темных и белых кровельных материалов. Беспроводные устройства измеряли изменения прямых солнечных лучей и температуры.
Образцы TARC тестируются в эксперименте на крыше. Фото: Junqiao Wu
И действительно, покрытие TARC сработало на удивление хорошо. Согласно измерениям, материал TARC отражал около 75 процентов солнечного света независимо от погоды, но когда температура окружающей среды превышала 30°C, он излучал до 90 процентов своего тепла в небо. Когда погода остыла ниже 15°C, TARC выделял только 20 процентов тепла.
Используя собранные данные, команда смоделировала, как TARC будет работать круглый год в 15 различных климатических зонах по всей континентальной части США, и подсчитала, что среднее домохозяйство в США может сэкономить до 10 процентов своих счетов за электроэнергию с помощью TARC.
Исследователи говорят, что покрытие TARC также может быть адаптировано в качестве терморегулирующего материала для автомобилей, электроники, спутников и даже тканей для палаток или одежды. Интересно, что независимая команда только что анонсировала аналогичное покрытие для стекла и окон с использованием наночастиц диоксида ванадия в качестве одного из активных ингредиентов.
Далее, команда планирует провести эксперименты с использованием более крупных прототипов TARC, чтобы проверить, насколько оно может быть практичным в качестве кровельного покрытия.
Исследование было опубликовано в журнале Science.
Источник: Berkeley Lab.
