Как охладить здания без затрат электроэнергии: ученые нашли решение

Ученые Колумбийского университета предложили покрывать стены зигзагообразными выступами. Как показали модели, такие стены на 2-3 градуса холоднее обычных, а потребности в кондиционировании здания снижаются на 25%.

Работа опубликована в журнале Nexus.

Использование кондиционеров постоянно растет во всем мире. Они тратят огромное количество электроэнергии и следовательно увеличивают выбросы парниковых газов. По существующим оценкам, выбросы только от охладительных систем в мире могут увеличиться втрое к 2050 году.

Существует различные проекты строительства домов, которые позволяют сократить затраты на кондиционирование. Например, в Калифорнии (и не только) крыши красят белым, чтобы они лучше отражали солнечный свет. Можно покрывать крыши таким материалом, что отраженное инфракрасное излучение будет попадать в пределы "окна прозрачности" атмосферы, то есть уходить в космос, а не улавливаться парниковыми газами.

Хотя материалы с такими свойствами оказывают значительный охлаждающий эффект на крыши, обращенные вверх, они не эффективны на стенах. Проблема в том, что материалы, которые хорошо излучают инфракрасное излучение, также хорошо его поглощают, а поверхности около стен, например, дороги и тротуары дают очень много инфракрасного излучения.

Команда из Колумбийского университета предложила покрывать стены серией небольших выступов, похожих на поставленный вертикально лестничный пролет: ступеньки с одной стороны отражают лучи, идущие снизу, а с другой – сами излучают тепло вверх. Сторона, обращенная вверх, излучает тепло прямо в окно прозрачности атмосферы, а обращенная вниз – отражает тепло от земли, не давая стене нагреваться.

Чтобы проверить идею, команда построила модель высотой 1 метр с зигзагообразной и плоской поверхностями. Когда ее выставили на улицу в Нью-Джерси летом, зигзагообразная поверхность была на 2 градуса холоднее, в среднем, в течение 24 часов, чем плоская поверхность, и на 3 градуса холоднее в период самого интенсивного солнца – между 13:00 и 14:00.

Ученые считают, что существующие здания можно модернизировать, добавив к стенам гофрированные панели. Внутреннее охлаждение будет варьироваться в зависимости от многих факторов, таких как размер окон, но если стены будут холоднее на 2 градуса, энергия, необходимая для охлаждения, сократится почти 25%.

Такие зигзагообразные охлаждающие стены хорошо подходят для жаркого климата, например, для Калифорнии или Израиля. В регионах, где зимой достаточно холодно, такие стены увеличат потребность в отоплении зимой. Поэтому ученые разработали конструкцию на шарнирах, которые можно поднять зимой, чтобы увеличить поглощение тепла, и опустить летом, чтобы его минимизировать.