«Потеющие» здания смогут самоохлаждаться

Использование термочувствительных покрытий на основе гидрогеля для домовых крыш, абсорбирующих, а затем выделяющих дождевую воду (подобно потеющей коже), позволит резко сократить выбросы парникового газа, производимые бытовыми кондиционерами. В Швейцарском технологическом институте полагают, что подобное пассивное охлаждение снизит выбросы CO2 офисными зданиями как минимум на 60%.

Раздумывая над тем, как бы лучше всего организовать охлаждение зданий, швейцарские учёные вспомнили о таком заложенном природой в биологию человека эффективном методе терморегуляции, как выделение влаги порами кожи. И в самом деле, вода — идеальный терморегулятор, понижающий температуру поверхности благодаря высокому значению энергии испарения (2 МДж/кг). Исследователи подсчитали, что для серьёзного охлаждения офисного здания в солнечный полдень хватит 5-миллиметрового слоя воды (правда, они не сообщают, о какой площади поверхности идёт речь; более того, эффективность метода будет разной для «приземистых» и высоких зданий одинакового объёма).


Медленное испарение воды из объёма термочувствительного гидрогеля на основе PNIPAM (справа) помогает поддерживать более низкую температуру в здании, чем в случае покрытия на основе pHEMA (слева). (Иллюстрация Wiley-VCH.)

Поначалу для запасания воды швейцарцы решили воспользоваться традиционным гидрогелем на основе pHEMA — поли(гидроксиэтилметакрилата). Однако полевые испытания такого покрытия на модельной крыше в условиях симулирования циклических изменений погодных условий от дождливых к солнечным и обратно принесли неудовлетворительные результаты. Быстро подсыхающий верхний слой становился серьёзной преградой на пути водяных паров, снижая скорость испарения до неприемлемого уровня.

Тогда, чтобы точнее смоделировать процесс «выделения пота», авторы взялись за создание материала, способного выделять влагу со скоростью, пропорциональной нагреву. Самой перспективной основой для нового гидрогеля им показался термочувствительный полимер PNIPAM — поли(N-изопропилакриламид), который подвергается фазовому переходу уже при 32 ˚С, отдавая абсорбированную воду. К сожалению, полимер сам водорастворим. Как быть? Самый общий и простой метод, позволяющий предотвратить растворимость полимера в воде, заключается в увеличении степени сшивки полимерных цепей PNIPAM. Что, однако, не лучшим образом сказывается на термочувствительности материала.

Используя 5% сшивающего материала, учёным удалось найти золотую середину. Их итоговый полимер способен обратимо сохранять воду, вес которой достигает 90% от его веса. При этом температура поверхности такого гидрогеля, подставленная лучам искусственного солнца, не превышает 35 ˚C до тех пор, пока вся запасённая вода не испарится. Только после этого температура модельной крыши под полимером увеличивается до 60 ˚C.

Для сравнения: крыша, покрытая гидрогелем на основе pHEMA, быстро разогревалась до 45 ˚C, а затем столбик термометра медленно, но постоянно рос до 60 ˚C. Исследователям кажется вполне очевидным, что гораздо проще охладить здание, крыша которого нагрета до 30 ˚C, нежели с крышей, раскалённой до 60 ˚C (в подтверждение они приводят серьёзный расчёт разницы выбросов парникового газа электрическими кондиционерами в обоих случаях).

И всё бы хорошо, но если начать перечислять все «но», то работа из научной превращается в незнамо что. Давайте навскидку:

1. Необходимый для функционирования пассивного охлаждения погодный цикл возможен только в областях с субтропическим климатом: во всех остальных случаях баланс будет сильно смещён либо в сторону жары, либо в сторону дождей. 2. Нагрев сооружений определяется далеко не только крышей, а в случае сколько-нибудь многоэтажных зданий, к которым чаще всего относятся офисные помещения, так и вовсе не крышей. 3. Полиамиды подвержены термическому гидролизу, что резко ограничит срок их службы, а производство новой партии полимера потребует очередных энергозатрат.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Advanced Materials.

Подготовлено по материалам Королевского химического общества.







Интересные новости
Вплине на вимірювання часу: танення льодовиків сповільнило обертання ЗемліВплине на вимірювання часу: танення льодовиків сповільнило обертання Землі
Вчені розповіли, чому «зірки-невдахи» часто самотніВчені розповіли, чому «зірки-невдахи» часто самотні
Археологи знайшли в Британії багато прикрашену римську віллу з табличками з прокльонамиАрхеологи знайшли в Британії багато прикрашену римську віллу з табличками з прокльонами
ДНК віком 1500 років допомогла відтворити зовнішність імператора КитаюДНК віком 1500 років допомогла відтворити зовнішність імператора Китаю
Блок рекламы


Похожие новости

В июне жители Земли смогут увидеть парад пяти планетВ июне жители Земли смогут увидеть парад пяти планет
Аккумуляторы на базе магния смогут хранить в два раза больше энергии, чем литиевые
Вакцина от коронавируса: ученые говорят, что для создания иммунитета нужно ввести три дозы
Японцы приблизились к созданию батареек на искусственных алмазах, которые смогут работать сотни лет
Tesla вместе с немцами разрабатывает «принтер» для синтеза РНК. Это облегчит создания вакцин, в том числе от COVID-19
Предложено решение для создания квантовой памяти в полупроводниках
Хакеры будущего смогут воровать ваши воспоминания, навыки и мысли
Роботы будущего смогут обучаться сами чему угодно
Sony начинает исследования в сфере искусственного интеллекта с создания соответствующего подразделения
Небольшие спутники смогут предоставить радиолокационные изображения поверхности Земли в высоком разрешении
Последние новости

Подгружаем последние новости