Поддержание прохлады в больших зданиях в жаркое время года является достаточно сложной инженерной задачей. Традиционные технологии кондиционирования воздуха дороги сами по себе и потребляют весьма большое количество энергии, к примеру, в США в жаркое время на долю потребления кондиционеров приходится до 15 процентов от потребляемой энергии во всей стране. Однако, группа ученых и инженеров их Стэндфордского университета нашла путь сокращения затрат на кондиционирование помещений. Они разработали специализированное зеркальное покрытие, многослойны нанофотонный материал, которые не только отражает потоки тепла от стен и крыш зданий, он также направляет поток тепла извне здания наружу, охлаждая таким образом внутренности здания.
Физически тепло переносится тремя различными способами. Первый способ - это прямой перенос тепла, это то, что чувствуют ваши пальцы, коснувшись горячего предмета. Вторым способом переноса тепла является конвекционный способ, примером этому является горячее "дыхание" потока воздуха из открытой на время разогретой духовки. И третьим способом является радиационный способ, перенос тепла при помощи лучей инфракрасного света, который позволяет вам чувствовать приближение к открытому огню или той же разогретой духовке.
Покрытие, разработанное группой, возглавляемой профессором Шэнхуи Фэном (Shanhui Fan), работает с инфракрасным тепловым излучением, прибывающим из космоса вместе с лучами Солнца. Это покрытие выступает в роли своеобразного теплового диода, отражая внешние тепловые потоки и практически беспрепятственно пропуская тепло извне наружу здания.
Технология охлаждения, использующая возможности подобных покрытий, называется фотонно-излучающим охлаждением. В качестве покрытия используется комбинация слоев из диоксида кремния (SiO2) и окиси гафния (HfO2), нанесенных на тонкий слой серебра. Вся структура покрытия состоит из семи слоев, суммарная толщина которых равна 1.8 микрона, что гораздо тоньше самой тонкой алюминиевой фольги, используемой в бытовых целях. Многослойный материал представляет собой сложный материал, метаматериал, который с одной стороны эффективно отражает солнечные и инфракрасные лучи, пропуская беспрепятственно инфракрасные лучи с обратной стороны.
Тесты, проведенные стэнфордскими учеными, показали, что покрытие из метаматериала эффективно отражает до 97 процентов падающего на него солнечного света. Это зеркало, работающее совместно с технологией фотонно-излучающего охлаждения, позволяет снизит температуру с обратной его стороны на 5 градусов по сравнению с температурой окружающего воздуха.
Несмотря на то, что технология такого охлаждения является весьма и весьма многообещающей, до ее практического использования потребуется решить ряд других задач. Во-первых, должен быть разработан механизм, который обеспечивает перенос тепла из внутренностей здания к его внешнему "зеркальному" покрытию. Во-вторых, ученым удалось изготовить опытные образцы многослойного покрытия, размер которых не превышает размера средней пиццы, однако, для возможности практического применения, такое покрытие потребуется производить рулонными нормами, соблюдая небольшую себестоимость конечной продукции.
Но если ученым удастся найти заинтересованных потенциальных инвесторов и продолжить свои исследования, то в результате у людей может появиться новая строительная технология, которая позволит существенно сократить затраты энергии на кондиционирование зданий, а значит, и сделать наш мир еще немного более чистым, уменьшив количество сжигаемого ископаемого топлива.
