Новый материал для умных окон
15-11-2018 ООО "Инлайн" 91

При борьбе с летней жарой, офисные и жилые здания, как правило, задействуют кондиционеры, вынуждая счета за электроэнергию расти. В этой связи можно заметить, что, по приблизительным оценкам, кондиционеры используют около 6% всей электроэнергии, производимой в США, с годовой стоимостью в $29 млрд. – такие уже имеющиеся затраты будут, несомненно, расти по мере повышения показателей на глобальном термостате.

Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) недавно разработали теплоотводящую пленку, которая может быть нанесена на окна зданий, для отражения до 70% солнечного тепла. Пленка может оставаться довольно прозрачной при температуре ниже 32° C (89° F). Выше этой температуры, говорят исследователи, плёнка действует как «автономная система» для отражения тепла. Они подсчитали, что если бы все окна на внешних стенах здания были бы покрыты этой плёнкой, стоимость кондиционирования воздуха и энергозатраты здания могли бы снизиться на 10%.

Пленка похожа на прозрачную упаковочную или пищевую пленку, а ее теплоотражающие свойства исходят из крошечных микрочастиц, встроенных в нее. Эти микрочастицы изготовлены из материала, меняющего своё фазовое состояние, который сжимается при воздействии температуры в 29° C (85° F) или выше. В более компактных конфигурациях микрочастицы придают прозрачной пленке более прозрачный или матовый вид.                                         

Будучи нанесённой на окна летом, плёнка может пассивно охлаждать здание, все ещё хорошо пропуская свет. Николас Фанг (Nicholas Fang), профессор машиностроения в MIT, говорит, что материал является доступной и энергоэффективной альтернативой существующим технологиям «умных» окон.

Немногим более года назад Фанг начал сотрудничать с исследователями из Университета Гонконга. Они стремились найти способы уменьшить потребление энергии зданиями в городе, особенно в летние месяцы, когда в регионе становится невыносимо жарко, а использование кондиционеров находится на пике.

«Решение этой проблемы имеет решающее значение для мегаполисов, таких как Гонконг, где люди находятся в острой нужде максимального энергосбережения», – говорит Фанг, имея в виду стремление Гонконга сократить потребление энергии на 40% к 2025 году.

После некоторых несложных вычислений студенты Фанга обнаружили, что значительная часть тепла здания поступает через окна в виде солнечного света. «Оказывается, что за каждый квадратный метр около 500 ватт энергии поступает в виде тепла из-за палящего солнечного света из окна», – говорит Фанг. «Это эквивалентно примерно пяти лампочкам».

Исследователи изучили литературу для «термохромных» материалов –термочувствительных материалов, которые временно меняют фазу или цвет в ответ на тепло. В конце концов, они остановились на микрочастицах поли-(N-изопропилакриламида)-2-аминоэтилметакрилата гидрохлорида, которые напоминают крошечные, прозрачные, волокнисто-перепончатые сферы и заполнены водой. При температурах в 29° C (85° F) или выше сферы, по сути, выжимают всю свою воду и стягиваются в тесные пучки волокон, которые отражают свет по-другому, делая материал просвечивающим.

В предыдущих экспериментах другие группы учёных обнаружили, что, хотя суженные частицы могут отражать свет относительно хорошо, они далеко не так хороши для защиты от тепла. Фанг и его коллеги поняли, что это ограничение сводится к размеру частиц. Частицы, использованные в предыдущих исследованиях, уменьшались до диаметра около 100 нм – меньше длины волны инфракрасного света, что облегчало прохождение тепла.

Чтобы предотвратить это, Фанг и его коллеги расширили молекулярную цепочку каждой микрочастицы, так что в ответ на тепло они только сокращались до диаметра около 500 нм, что, по словам Фанга, «более совместимо с инфракрасным спектром солнечного света».

Исследователи создали раствор из теплозащитных микрочастиц, которые они наносили между двумя листами стекла 12 на 12 дюймов (30 см 30 см), чтобы создать окно с пленочным покрытием. Они светили из солнечного симулятора на это искусственное окно, чтобы сымитировать входящий солнечный свет, и обнаружили, что пленка стала морозящей в качестве реакции на жару. Когда они измерили электрическую освещённость солнечного излучения, передаваемую через другую сторону окна, исследователи обнаружили, что пленка смогла отразить около 70% тепла, выделяемого лампой.

Заглядывая вперёд, команда планирует провести больше испытаний с плёнкой, чтобы выяснить, может ли изменение формулы и использование другими способами улучшить ее теплозащитные свойства.