Новое устройство управления тепловым режимом регулирует свою форму для повышения или понижения температуры без использования внешней энергии. По словам разработчиков, эта технология может работать в сочетании с традиционным отоплением и охлаждением, чтобы уменьшить скачки температуры в здании (и расходы).
Два наиболее распространенных метода терморегулирования (нагрев и охлаждение) отвечают за более половины мирового энергопотребления. Два продолжающихся кризиса (климат e геополитика) заставляют исследователей в бешеном темпе выявлять высокопроизводительные технологии, которые могут регулировать температуру без большого потребления электроэнергии.
Лаборатории сосредоточены на солнце и открытых пространствах: среди наиболее многообещающих решений — умные окна, которые поглощают или отражают солнечное инфракрасное тепло в зависимости от того, летний ли это день или зимний день. Пассивные системы радиационного охлаждения также являются привлекательным вариантом, который позволяет избежать использования энергии за счет передачи тепла непосредственно в космическое пространство на длинах волн, проходящих через атмосферу Земли.
Нулевая энергия для отопления и охлаждения
Руджун Ма и коллеги Нанкайский университет из Тяньцзиня, Китай, поставили перед собой задачу разработать тепловое устройство, способное автоматически переключаться между режимами нагрева и охлаждения в зависимости от изменений температуры. Это имеет смысл: если целью терморегулирования является контроль температуры, оптимальным является создание системы, чувствительной к температуре. А еще потому, что в прошлом были разработаны окна, меняющие цвет, или инфракрасные модуляторы, которые реагируют на изменения температуры: либо нагревают, либо охлаждают. Никогда и то, и другое.
Отличительной особенностью устройства Ма является использование широкого диапазона длин волн — от видимого диапазона до инфракрасного. Это позволяет охватить весь спектр терморегулирования: как солнечное отопление, так и радиационное охлаждение.
Еще раз биомимикрия
Никогда не устану повторять: все лучшие научные решения рождаются в результате наблюдения за природой, и этот тепловой прибор не является исключением. В данном случае исследовательская группа проделала комбо: они наблюдали как мех гималайского кролика (белый в жару, темный в холод), так и открывание и складывание листьев растения, мимоза pudica.
Тепловое устройство состоит из двух основных слоев. Верхний состоит из чувствительного к температуре активирующего листа, излучающего инфракрасное излучение. Лист изготовлен из полимеров, которые неравномерно реагируют на изменения температуры, поэтому в холодном состоянии он сворачивается, а в горячем расширяется. Нижняя часть, с другой стороны, состоит из термохромной подложки, которая меняет цвет в зависимости от температуры, а также поглощает видимый свет.
Термальный «перевертыш».
При низкой температуре окружающей среды в режиме нагрева лист актуатора скручивается, а термохромная подложка становится серой, поглощая свет и нагреваясь. Напротив, в режиме охлаждения активатор разворачивается, закрывая подложку и отражая солнечный свет, одновременно испуская инфракрасное излучение для охлаждения. Температуру активации переключения между режимами можно менять, меняя полимеры в актуаторах и термохромные порошки, используемые в подложке.
Тепловое устройство размером 4 х 4 сантиметра могло проработать в лаборатории 500 циклов открытия и вращения. Ма и его коллеги протестировали его как в помещении, так и на открытом воздухе, как подчеркивается в статье, опубликованной в Трудах Национальной академии наук (что я ссылаюсь на вас здесь).
Они подсчитали, основываясь на полевых экспериментах, что мощность солнечного нагрева составила 252,2 Вт на квадратный метр, а мощность охлаждения достигла 59,7 Вт/м 2 .
Перевод: Это устройство экономит энергию по сравнению со всеми другими термочувствительными устройствами управления температурным режимом, разработанными до сих пор. «Это значительно повысит эффективность тепловой энергии», — говорит Ма, — «и еще есть много возможностей для улучшения».
Хороший. Тем временем веер и свитер (по необходимости).
