Удивительный рисунок на стене поможет сохранять прохладу в зданиях

Стены с выступающим зигзагообразным узором могут оставаться на 3°C холоднее обычных стен, не используя никакой энергии. Такой подход может сократить потребление энергии системами охлаждения и, таким образом, помочь ограничить глобальное потепление.

«С таким дизайном мы можем получить более прохладное здание», — говорит Цилонг Ченг из Колумбийского университета в Нью-Йорке. «Таким образом, мы можем сократить потребление энергии на охлаждение».

Использование кондиционеров растет по мере того, как мир нагревается, а число людей, которые могут себе это позволить, увеличивается. Выбросы парниковых газов от охлаждения могут увеличиться более чем в три раза к 2050 году. В результате многие команды пытаются разработать пассивные решения для охлаждения, которые не требуют никакой энергии.

Например, если просто покрасить крыши в белый цвет, чтобы они отражали больше солнечного света, можно сделать здания и города более прохладными.

Этот подход становится еще более эффективным, если крыши покрыты материалами, которые отражают большую часть солнечного света, но испускают инфракрасное излучение в пределах окна прозрачности атмосферы. Это диапазон длин волн, который не поглощается молекулами в атмосфере, такими как углекислый газ.

«Инфракрасное излучение в этом диапазоне может проходить через атмосферу и достигать космического пространства», — говорит Ченг.

Хотя материалы с такими свойствами оказывают значительный охлаждающий эффект на крыши, обращенные вверх, они не столь эффективны на стенах. Проблема в том, что материалы, которые хорошо излучают инфракрасное излучение, также хорошо его поглощают, и поверхности около стен, такие как бетонные покрытия, могут излучать много инфракрасного излучения.

Решение Ченга и его команды заключается в том, чтобы иметь стены с серией выступов, идущих параллельно земле и имеющих зигзагообразную форму при взгляде сбоку. Чтобы визуализировать это, представьте себе лестничный пролет, наклоненный вверх под углом от 45 до 90 градусов.

Важно отметить, что обращенные вверх зигзаги — ступени в аналогии с лестницей — имеют поверхность, которая излучает много тепла в окно прозрачности атмосферы, в то время как обращенные вниз и наружу зигзаги — подступенки — имеют поверхность, которая отражает инфракрасное тепло, а не поглощает его.

Чтобы проверить идею, команда построила модель высотой 1 м с зигзагообразными и плоскими поверхностями. Когда ее выставили на улицу в Нью-Джерси летом, зигзагообразная поверхность была на 2°C прохладнее в среднем за 24 часа, чем плоская поверхность, и на 3°C прохладнее между 13:00 и 14:00.

По словам Ченга, существует ряд дешевых материалов с необходимыми свойствами. Существующие здания можно модернизировать, добавив гофрированные панели. Эффект внутреннего охлаждения будет зависеть от других факторов, таких как размер окон здания, но моделирование показывает, что он может достигать 2°C, что сокращает энергию, необходимую для охлаждения, на четверть.

Зигзагообразные охлаждающие стены подойдут только для более жаркого климата, поскольку они увеличат потребность в отоплении зимой в более холодных регионах. Но Ченг и его коллеги также предложили конструкцию с шарнирными «ребрами», которые можно поднять зимой, чтобы увеличить поглощение тепла, и опустить летом, чтобы минимизировать это.