В Стэнфорде изобрели полностью пассивный кондиционер

    Команда учёных из Стэнфордского университета разработала композитный материал на основе кварца и карбида кремния, который способен почти полностью отражать солнечный свет и при этом хорошо излучать инфракрасные волны в так называемых "окнах прозрачности" атмосферы — диапазонах, в которых атмосферные газы и водяной пар практически прозрачны для теплового излучения. Панели из такого материала, расположенные на крыше здания или автомобиля, способны в солнечный день рассеивать около 100 ватт тепла на квадратный метр поверхности. На основе этого материала могут быть созданы системы кондиционирования и охлаждения с нулевым потреблением электричества и полным отсутствием движущихся частей.



    Если раньше системы радиационного охлаждения были эффективны преимущественно ночью, и только при низкой влажности воздуха и чистом небе, то новый материал сохраняет способность излучать тепло в широком диапазоне атмосферных условий.

    По оценкам исследователей, если покрыть такими панелями всего 10% крыши жилого дома, это снизит потребление электричества на кондиционирование летом на 35%. Такие пассивные кондиционеры могут найти применение как в промышленных зданиях, датацентрах и офисах, так и в отдалённых районах с дефицитом электричества. Если их стоимость при массовом производстве будет достаточно низкой, они могут стать настоящим спасением для стран третьего мира.

    Кроме того, такие радиаторы помогут бороться с парниковым эффектом в глобальном масштабе. Если затраты энергии на отопление постоянно падают благодаря современным теплоизоляционным материалам и энергосберегающим технологиям в богатых северных странах, то с кондиционированием всё наоборот — потребность в нём ощущается гораздо сильнее в развивающихся странах, преимущественно расположенных в жарком климате. Бурный экономический рост влечёт за собой резкое увеличение затрат энергии на кондиционирование. Так, в Мумбаи до 40% электричества тратится на охлаждение. По некоторым оценкам, Саудовская Аравия через 15 лет будет сжигать больше нефти, чем экспортировать, во многом благодаря затратам энергии на кондиционирование.

    Поделиться публикацией

    Комментарии 60

      +1
      Москва. Зимой тратимся на отопление, летом — на кондиционирование, ибо даже на вентиляторы цены могут подскочить на 5 тыс. р. Как у этого материала кстати, с теплоизоляцией?
        +12
        >Как у этого материала кстати, с теплоизоляцией?
        Как у диода с проводимостью, видимо.
        +1
        Такой кондиционер не сможет охладить помещение до меньшей температуры, чем «на улице в теньке», если я правильно понимаю.
          +4
          Как я понял суть не в том чтобы полностью заменить традиционные кондиционеры, а в том чтобы снизить расход энаргии у них.
            +11
            Просто как-то желтовато. Тем более, что при ближайшем рассматрении оказывается, что похожие технологии уже давно применяются:

            (с)
              0
              Ну так подобных технологий полон рот: фольга на окнах, стены в белый красить. Просто ещё одна.
                +19
                только их никто не называет «пассивными кондиционерами»
                  +8
                  Летней ясной ночью за счет излучательного теплообмена с небом можно заморозить воду. «Это» именно кондиционер, если, конечно, «это» действительно будет работать так, как описано.
                    +4
                    Руслан. Ткни носом в теорию. Интересно стало.
                      +5
                      Есть понятие «эффективного излучения в ночное небо». Температура ночного неба составляет что-то около 4К (-269 С). Таким образом в безоблачную ночь при сухом воздухе возможно отводить теплоту в небо радиационным способом. На этом принципе в пустынях многие века назад и додумались получать лед. Почитать можно здесь: www.svasti.ru/radiacionnoe_ohlazhdenie
                        –1
                        А что газы уже не излучают?
                          –1
                          Видать, считается, что вохдух с заходом солнца охлаждается почти мгновенно… хз, может это так и есть при каких-то условиях…
                        0
                        Теоретически правильно, но эффективность теплоотдачи, в т.ч. излучения, зависит от температуры отдающего.
                        Так вот хотелось бы знать, при какой температуре достигаются те самые 100 ватт/кв.м.
                        Каюсь, что в источнике я этого не нашел.
                          –1
                          Не туда написал, пардон…
                          –15
                          Летней ясной ночью заморозить воду с помощью «излучательного теплообмена с небом»? Разве что где-нибудь в районе полюса или на вершинах пятитысячников…
                          Читаем термодинамику — тепловое излучение и закон излучения Кирхгофа и не несём антинаучный бред…
                            +10
                            Уважаемый господин, northbear!
                            Спешу сообщить вам, что термодинамику мне знать положено ввиду моей основной специализации. Прошу вас прочесть мой ответ выше, а также повторить термодинамику в целом и закон Кирхгофа в частности. За «антинаучный бред», как вы выразились — отдельное спасибо.
                            Успехов!
                              –3
                              Круто, физик детектед!
                              Объясните мне, пожалуйста, почему с использованием этой штуки не удастся создать вечный двигатель. Насколько я понимаю, она позволяет «даром» охлаждаться ниже температуры атмосферы, тут же напрашивается мысль соорудить тепловую машину.
                                +1
                                Не передергивайте. В данном случае будем иметь не «вечный двигатель», а вполне себе аналог солнечных батарей.
                                  +1
                                  Кажется догнал. Этот материал позволяет охлаждаться ниже температуры окружающей среды только при определённых условиях (распределении излучений по частотам), так что в абстрактной замкнутой системе не удастся с помощью него охладить часть этой системы ниже температуры среды.

                                  Так?
                                    +2
                                    Верно. В описанном мной случае (охлаждение воды ночью) система незамкнута, теплота отводится радиационным излучением в холодный космос. БТВ, охлаждение спутников реализуется тем же методом — радиационными теплообменниками, «лучащими» в космос.
                                    В случае, описанном в топике, происходит отражение энергии, приходящей от Солнца в одном диапазоне и сброс теплоты излучением в ИК диапазоне.
                                  +2
                                  На случай, если вы сомневаетесь в физической реализуемости данного процесса, почитайте объяснение здесь: en.wikipedia.org/wiki/Radiative_cooling#Nocturnal_ice_making
                                    +1
                                    У этой панели теплообмен через излучение выше, чем через контакт с окружающим воздухом. То есть она в каком-то смысле связана «трубой» с космосом, где почти абсолютный ноль. Примерная аналогия — кусок металла погружённый наполовину в холодный родник. В жаркий летний день он будет ощутимо холоднее окружающего воздуха.

                                    Вы рассматриваете систему, в которой нет ничего, кроме панели и окружающего воздуха. А на самом деле в ней есть ещё и космическое пространство, с которым тоже происходит теплообмен. Так что никаких законов термодинамики не нарушается.

                                    И да, соорудить тепловую машину тут вполне себе возможно. Стирлинг какой-нибудь. Но КПД будет весьма низким. Вместо того, чтобы ставить такую панель на холодную половину стирлинга, гораздо выгоднее поместить горячую в фокус параболического зеркала, что кстати и делается в реальных установках.
                                      0
                                      Подскажите, если в курсе, если заменить в данном случае стирлинги элементами пельтье, КПД получится выше чем у солнечных элементов?
                                        +1
                                        Насколько мне известно, у элементов пельтье всё гораздо печальнее с КПД, чем у фотоэлементов, так что вряд ли.
                            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                0
                                Так они и не отдают (или почти не отдают) энергию изнутри объекта а просто отражают внешнюю.
                              +3
                              способен почти полностью отражать солнечный свет и при этом хорошо излучать инфракрасные волны в так называемых «окнах прозрачности» атмосферы

                              Суть именно в этом — новый материал способен и отражать солнечный свет, и излучать инфракрасные волны. Дело в том, что поглощательная способность тела пропорциональна излучательной (см. Вики «Закон Кирхгофа»), поэтому серебристая фольга будет защищать от солнца, но не будет дополнительно охлаждать здание за счёт испускания теплового излучения. А у нового материала низкие поглощение и излучение в солнечной части спектра, но высокие в инфракрасной.
                                –1
                                поглощательная способность тела пропорциональна излучательной

                                В том-то и дело! Поэтому новый материал будет поглащать инфракрасное излучение в той же мере, что и излучать его. Поэтому я и говрю, что «такой кондиционер не сможет охладить помещение до меньшей температуры, чем «на улице в теньке».

                                Суть в том, что никакой материал сам по себе в принципе не может охлаждать что-то.
                                  +1
                                  Ну, смотря как расположить… Материал на крыше сможет охлаждать до температуры неба, т.е. до нуля и меньше. На стенах — что-то среднее между небом и теньком. Но главный профит — достижение температуры тенька под ярким солнцем.
                                +4
                                Я не кому не советую так делать.
                                Я однажды так сделал в офисе и в эту конструкцию из фольги ударила молния. Я был очень напуган.
                                Если делаете так. то не подходите к этому в грозу.
                                  +10
                                  Именно для этого в традиционных шапочках из фольги сверху предусмотрен хвостик-громоотвод.
                                    +1
                                    Можете вешать обратно. Два раза в одно место не бьет.
                                      +2
                                      Ещё как бьёт.
                                +8
                                Нет, неправильно. Он продолжает излучать около 100 ватт в небо даже при температуре «как на улице в теньке». Чистое небо в солнечный день довольно холодное, если померять температуру обычным тепловизором (пруф). А тут ещё и излучение в специально подобранном диапазоне, так что эквивалентная температура неба будет вообще в глубоком минусе.

                                Так что любые сравнения с фольгой на окнах абсолютно некорректны.
                                  –1
                                  Эти 100 Вт — много меньше солнечных 1370 (с учётом угла), а теплопроводность, сдаётся мне, ещё выше.
                                  Так что на практике это хорошее зеркало, благодаря чему температура в доме будет чем-то средним между дневной и ночной (благодаря высокой теплоёмкости), а отдача интересна с теоретической стороны.
                                    +6
                                    Солнечные 1370 ватт отражаются от этого материала. В этом и весь профит.
                                      0
                                      Так я ж про то и написал, что пока на практике оно совпадает по эффективности с зеркалом. Оно интересно для теории, что используется лазейка во 2 начале термодинамики.
                                        +1
                                        Оно и отражает солнце, и испускает ещё 100 Вт (чего зеркало не делает). См. мой коммент выше.
                                          0
                                          Ну вот сколько отдает зеркало, это тоже интересный вопрос. Потому что сколько-то оно однозначно излучает (из того, что материал отражает в видимом спектре не следует, что он отражает в ИК). Было бы интересно увидеть цифры.
                                            +1
                                            temperatures.ru/pages/koefficient_izlucheniya

                                            Коэффициент теплового излучения для полированного серебра (зеркало) составляет 0.02 — 0.03, т.е. оно почти не излучает.
                                          0
                                          Если мне не изменяет память, то зеркальная поверхность очень плохо отдаёт собственное ИК излучение.
                                            +1
                                            Пруфф:
                                            Cтепень черноты (или коэффициент излучения) характеризует свойства поверхности объекта, температуру которого измеряет пирометр. Этот показатель определяется как отношение энергии, излучаемой данной поверхностью при определенной температуре к энергии излучения абсолютно черного тела при той же температуре. Он может принимать значения от 0,1 до близких к 1.

                                            ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80#cite_ref-2
                                      0
                                      Да, вы правы, как-то я не учел, что небо довольно холодное.
                                        –5
                                        А то, что мы живем не в вакууме и воздух имеет вполне конкретную теплопроводность вы учитываете?
                                        0
                                        Такой кондиционер не сможет охладить помещение до меньшей температуры, чем «на улице в теньке», если я правильно понимаю.

                                        Не совсем. Температура «в теньке» получается за счет разогретого воздуха в этом самом теньке. Панель же отдает ИК излучение изнутри объекта.
                                        Т.е. при высокой теплоизоляции панели и стен (см. правильный вопрос от AStahl) температура внутри будет ниже температуры тени на улице.
                                        Гипотетически, в случае идеальных показателей такой панели и тепло(радио:))изоляции, внутри куба без источника энергии можно охладить температуру до сколь угодно низкой.
                                        +1
                                        Интересно, а холодильники получится из такого материала делать?
                                          –1
                                          Увы, нет. Второе начало термодинамики не позволит. Минимальная температура, достигаемая таким пассивным охлаждением — температура в тени в солнечный.день.

                                          Оффтопик: существуют интересные наработки по магнитому охлаждению заместо испарительного. В них тепловая энергия в охлаждаемой системе собирается не за счет смены агрегатного состояния, а за счет намагничивания рабочего тела.
                                          +3
                                          «Благодаря современным теплоизоляционным материалам и энергосберегающим технологиям» так же падает потребность и в кондиционировании, потому что они в обе стороны работают. Помните, в «Почемучке» про шубу было?
                                          Если правильно все построить, то можно без новых материалов. Радиаторы на крыше поставить и агент какой-то между ними хотя бы. Если ветер есть, то будет помощь кондиционеру. Другой вопрос, что обычный кондиционер поставить намного проще и дешевле, чем проектировать какие-то там сооружения.
                                            0
                                            Вы абсолютно правы, жаль только, что все кто задаётся вопросами подобного строительства не обращают внимание на факт, что полученная спроектированная система обычно пассивная, и почти всегда очень дубовая механически прочная. В общем для домов, которые строят на 50-70, а то и 100 лет это очень выгодное решение.

                                            p.s: простите, я некромант, и воскресил топик.
                                            0
                                            >Если стоимость при массовом производстве будет низкой
                                            Это вряд-ли, там же первый слой — чистое серебро.
                                              +3
                                              Его толщина меньше микрометра. Да и серебро куда дешевле золота, используемого для покрытия контактов в электротехнике.
                                                +2
                                                Зеркала раньше тоже делали из серебра. Позже заменили на алюминий.
                                                0
                                                Так и хочется поменять климат всей планеты =)
                                                  +2
                                                  Как раз эта штука должна изменить положение вещей — меньше выброс тепла в атмосферу от кондиционеров.
                                                    0
                                                    Кондиционеры — ерунда. Одно облако или тучка отражает света столько, что не снилось. Там же масштабы площадей — 10^n гектаров. А вот будущие бесконечные черные солнечные батареи, дающие халявное электричество — «экологичные» — впитывают энергию, не давая ей отразиться от травы, например.
                                                • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                    –1
                                                    Ага, как всегда развесистая теоретическая клюква. А на практике осевшая пыль и грязь всё испортят как с солнечными батареями, или замучаешься это всё отмывать, если это вообще возможно без повреждения этого тонюсенького покрытия…
                                                      0
                                                      Солнечный коллектор из этого материала сделать бы. Трубы наверное расплавит.
                                                        +2
                                                        У древних персов тысячи лет назад получалось куда эффективнее и бюджетнее.

                                                        image
                                                        (первая ссылка на гугле)
                                                          0
                                                          Куда как рациональнее пользоваться тем что нам дала Земля…

                                                          А именно стабильностью температуры на глубине порядка 2-х метров, где
                                                          — даже в пустынях температура не поднимается выше +10+17 градусов Цельсия,
                                                          — а в наших широтах при любых морозах не опускается ниже +4 градусов Цельсия
                                                          Чем и пользуются при строительстве «пассивных» и «активных» домов.
                                                          Прокладывается на участке на нужной глубине (для Москвы можно 1.5 метра, что ниже уровня промерзания земли) достаточно длинный воздуховод (зависит от объёма кондиционируемого помещения) и принудительно и неспешно гонять воздух в помещении охлаждая или подогревая его до уровня комфортного, в том числе за счёт теплообмена с «использованным» воздухом.

                                                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                          Самое читаемое