Ученые разработали специальное покрытие, способное не просто отражать солнечные лучи, но и отводить тепло непосредственно в космос. В ходе 28-дневных испытаний на открытом воздухе экспериментальная краска поддерживала температуру обработанных поверхностей ниже температуры окружающего воздуха. Разработка может стать перспективным решением для охлаждения зданий и сокращения расходов на кондиционирование.
Исследователи из Университета Южной Флориды (University of South Florida) создали необычное белое покрытие, которое использует сразу два физических механизма для борьбы с нагревом. Оно отражает до 98% падающего солнечного излучения, а оставшееся тепло отводит посредством инфракрасного излучения.
По оценкам руководителя исследовательской группы, заслуженного профессора Йоги Госвами (Yogi Goswami), применение такой краски потенциально способно сократить расходы зданий на электроэнергию до 50%. Впрочем, пока это предварительная оценка: реальные испытания подтвердили охлаждающие свойства покрытия, но не включали измерение энергопотребления полноценных зданий.
Как работает краска, охлаждающая поверхность ниже температуры воздуха?
Обычные белые крыши нагреваются меньше темных благодаря высокой отражательной способности. Они возвращают значительную часть солнечного излучения обратно в окружающую среду, уменьшая количество поглощаемой энергии.
Однако разработка американских ученых идет дальше. Ее принцип действия основан на сочетании солнечного отражения и так называемого радиационного охлаждения.
Первый механизм достаточно понятен: покрытие отражает до 98% солнечного света, благодаря чему поверхность поглощает значительно меньше энергии.
Второй механизм интереснее. Краска способна излучать тепло в инфракрасном диапазоне на определенных длинах волн. Для этого используется особенность земной атмосферы — так называемое атмосферное окно.
Атмосфера Земли задерживает значительную часть теплового излучения, однако в определенных диапазонах инфракрасные волны проходят через нее относительно свободно. Именно этим свойством и пользуются разработчики.
Покрытие излучает тепловую энергию в диапазоне, позволяющем ей проходить сквозь атмосферу и уходить в космическое пространство.
В результате поверхность одновременно получает меньше тепла от Солнца и теряет собственную тепловую энергию. Если баланс этих процессов складывается благоприятно, температура покрытия может опуститься даже ниже температуры окружающего воздуха. Причем это происходит не только ночью, но и в светлое время суток.
Испытания в реальных условиях: 28 дней под открытым небом
Чтобы проверить эффективность разработки, исследователи провели продолжительный эксперимент в городе Тампа, штат Флорида.
Для испытаний подготовили три образца. Основой каждого служила алюминиевая фольга, размещенная поверх теплоизоляционного материала.
Первый образец покрыли экспериментальной краской, второй — обычным коммерческим составом для охлаждения крыш. Третий оставили без покрытия, чтобы использовать его в качестве контрольного образца.
На всех трех поверхностях установили термометры. Измерения проводились ежедневно с 10:00 до 17:00 на протяжении 28 дней.
Результаты оказались обнадеживающими: экспериментальное покрытие стабильно поддерживало температуру поверхности ниже температуры окружающего воздуха.
Использование коммерческой краски позволило исследователям сравнить новую разработку с уже существующими решениями, предназначенными для уменьшения солнечного нагрева зданий.
Особенно важно, что испытания проходили на открытом воздухе, а не в лабораторных условиях с искусственно заданными параметрами.
«Предыдущие независимые исследования проверяли краску только в контролируемых условиях внутри помещений. Но охлаждение необходимо именно на открытом воздухе. Наша краска доказала свою эффективность в реальных условиях», — отметил Йоги Госвами.
По словам профессора, теперь исследовательская группа намерена подготовить технологию к коммерческому применению.
Где можно использовать новую технологию?
Главная область применения разработки — крыши зданий, которые в жаркую погоду становятся одним из основных источников поступления тепла внутрь помещений.
Особенно актуальна такая проблема для коммерческих объектов с большой площадью кровли: складов, торговых центров, производственных корпусов и офисных зданий.
Снижение температуры крыши позволяет уменьшить тепловую нагрузку на внутренние помещения. Следовательно, системам кондиционирования потребуется меньше энергии для поддержания комфортной температуры.
В перспективе покрытие может найти применение и в жилом строительстве.
По оценке Госвами, потенциальная экономия на счетах за электроэнергию может достигать 50%. Однако пока эту цифру следует рассматривать именно как прогноз, а не как результат уже проведенных измерений.
На практике эффективность технологии будет зависеть от множества факторов: климатических условий, качества теплоизоляции здания, площади крыши и интенсивности использования кондиционеров.
Кроме того, нынешние испытания проводились на отдельных образцах, а не на полноценных зданиях. Поэтому следующий этап исследований должен показать, насколько хорошо лабораторно подтвержденный эффект масштабируется в реальных строительных условиях.
Когда охлаждающая краска появится в продаже?
Несмотря на успешные испытания, до коммерческого применения технологии предстоит решить еще одну важную задачу — обеспечить долговечность покрытия.
Исследовательская группа уже подала предварительную патентную заявку и работает над созданием прозрачного защитного слоя. Он должен предохранять краску от воздействия ветра и дождя, не ухудшая ее способности отражать солнечный свет и отводить тепловую энергию.
Это непростая инженерная задача: дополнительный слой не должен мешать прохождению солнечного и инфракрасного излучения в необходимых диапазонах.
Первыми потенциальными потребителями технологии могут стать владельцы коммерческой недвижимости. В дальнейшем разработчики рассчитывают распространить ее и на жилые дома.
Если ученым удастся сохранить охлаждающие свойства покрытия при длительной эксплуатации, новая краска сможет стать сравнительно простым способом уменьшения перегрева зданий.
В условиях повышения средних температур и растущего спроса на кондиционирование подобные технологии приобретают все большее значение. И особенно интересно, что для охлаждения помещений в данном случае предлагается использовать не дополнительную электроэнергию, а естественный процесс передачи тепла от Земли в космическое пространство.
