Распространенные пластмассы могут пассивно охлаждать и нагревать здания сезонами

Тепловое изображение зданий стен и крыш.Кредит: Мандал et.AL./Princeton University

В статье, опубликованной 27 июня в журнале Cell сообщает о физической науке, они сообщают, что, ограничивая лучистые тепловые потоки между зданиями и окружающей средой до определенных длин волн, покрытия, разработанные из общих материалов, могут достичь энергии и теплового комфорта, что выходит за рамки того, что традиционные здания конвертыможет достичь.

«С повышением глобальной температуры поддержание обитаемых зданий стало глобальной задачей», - сказал исследователь Джиотирмай Мандал, доцент кафедры гражданской и экологической инженерии в Принстоне.«Здания обмениваются большинством тепла с их окружающей средой в качестве радиации, и, адаптируя оптические свойства своих конвертов, чтобы использовать то, как радиация ведет себя в нашей среде, мы можем контролировать тепло в зданиях новыми и эффективными способами».

Сияющее тепло, переносимое электромагнитными волнами, вездесущему - мы чувствуем это, когда солнечный свет согревает нашу кожу или когда электрическая катушка нагревает комнату.Регулирование температуры здания путем контроля сияющего тепла является обычной практикой.Большинство зданий используют оконные оттенки для блокировки солнечного света, и многие крыши для краски и стены белые, чтобы отразить солнце.

«Если мы посмотрим на исторические города, такие как Санторини в Греции или Джодхпур в Индии, мы обнаруживаем, что охлаждающие здания, заставляя крыши и стены отражают солнечный свет на веками», - сказал исследователь Аасват Раман, доцент профессора материальных наук и инженерии в UCLA », - сказал исследователь Аасват Раман.Полем«В последние годы был большой интерес к прохладным покрытиям на крыше, которые отражают солнечный свет. Но охлаждающие стены и окна - гораздо более тонкая и сложная задача».

Крыши обычно имеют открытый вид на небо.Это позволяет прохладным покрытиям на крыше отражать солнечный свет и излучать длинноволновое жар небо и в конечном итоге в пространство.Стены и окна, с другой стороны, в основном имеют землю и соседние здания.

В жаркую погоду они согреваются, излучая тепло от горячих улиц, тротуаров и близлежащих зданий.Это означает, что даже когда стены и окна излучают тепло в небо, они еще больше нагреваются землей.В холодную погоду наземная среда становится холоднее, истощая тепло от стен и окон.

Исследователи поняли, что путь вокруг этой проблемы лежит по -разному, как тепло движется между зданиями и площадью на уровне земли и способом, которым она движется между зданиями и небом.Сияющее тепло перемещается от зданий к небу в узкой части инфракрасного спектра, известного как окно передачи атмосферы, поэтому исследователи называют это узким.На уровне земли сияющий тепло движется по всему инфракрасному спектру, и исследователи называют эту широкополосную связь.

«Покрывая стены и окна с материалами, которые только излучают или поглощают тепло в атмосферном окне, мы можем уменьшить усиление тепла широкополосного доступа от земли летом и потери зимой, сохраняя при этом охлаждающий эффект неба. Мы верим, что верим, чтоЭта идея беспрецедентна, и за пределами того, чего могут достичь традиционные конверты крыши и стен », - отметил Мандал.

Влияние результатов является значительным по двум важным причинам.Во-первых, исследователи показывают в статье, что многие общие и недорогие строительные материалы излучают тепло в узкополосном и блоке широкополосного тепла.Материал, такой как поливинил фторид, уже используемый в качестве сайдинга, может быть адаптирован для этой цели, как и даже более распространенные пластмассы.

«Мы были очень взволнованы, когда обнаружили, что такие материалы, как полипропилен, которые мы поставляем из домашних пластмасс, избирательно излучают или поглощают тепло в атмосферном окне».Раман отметил.«Эти материалы граничат с мирской, но та же самая масштабируемость, которая делает их общими, также означает, что мы могли бы видеть их терморегулирующие здания в ближайшем будущем».

Вторая причина оптимизма заключается в том, что потенциальное воздействие энергии в здании является существенным.Исследователи отметили, что сезонная экономия энергии с их механизмом сравнима с преимуществами рисования темных крыш белых.Это может быть полезно, поскольку стоимость кондиционирования воздуха и жертвы, связанные с теплом, продолжают расти во всем мире.Мандал и Раман планируют продолжить это исследование дальше.

«Механизм, который мы предложили, является полностью пассивным, что делает его устойчивым способом охлаждения и тепловых зданий с временем сезона и дает неиспользованную экономию энергии», - отмечает Мандал.«Фактически, преимущества механизмов и материалов, которые мы показываем, являются самыми высокими для зданий на мировом юге. Таким образом, это может быть более справедливым решением в бедных ресурсах, даже если они видят растущие потребности в охлаждении и связанных с тепловой смертностью.. ”

Помимо Мандала и Рамана, авторы включают Джиотис Ананд, из Национальной лаборатории Оук -Ридж;Джон Брюер, UCLA;Сагар Мандал, независимый исследователь, и Арвинд Рамачандран, Университет штата Аризона.

More information: Radiative Cooling and Thermoregulation in the Earth’s Glow, Cell Reports Physical Science (2024). DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.102065. www.cell.com/cell-reports-phys 🔗 … 2666-3864(24)00334-5