Спасение от жары — как светоотражающие покрытия помогут снизить перегрев зданий и нагрузку на электросети

2 часа назад

© Изображение сгенерировано ИИ

Рост числа экстремально жарких дней заставляет города искать способы снизить нагрев городской среды без увеличения энергопотребления. О главных мировых трендах в этой области пишет издание The Times of India.

Одним из наиболее перспективных направлений исследователи называют технологии пассивного охлаждения. Их активно развивают научные группы профессоров Шаньхуэя Фаня (Стэнфордский университет), Аасвата Рамана (Калифорнийский университет) и Сюйлиня Жуаня (университет Пардью), работы которых легли в основу современных светоотражающих материалов для зданий. В перспективе такие технологии рассматривают как один из способов адаптировать городскую инфраструктуру к изменению климата.

Замкнутый круг тепловых островов

Согласно недавнему исследованию, опубликованному в журнале Nature Reviews Clean Technology, примерно 10% мирового потребления электроэнергии приходится на системы охлаждения. Если текущие тенденции сохранятся, к середине XXI века этот показатель может увеличиться более чем втрое, а нагрузка на электросети в периоды экстремальной жары значительно возрастёт.

Дополнительную проблему создаёт эффект «городского теплового острова». Бетон, асфальт и стеклянные фасады раскаляются на солнце днём и медленно остывают ночью, не позволяя воздуху охлаждаться. Кроме того, тепло обратно в городскую среду «выбрасывают» и наружные блоки кондиционеров. Возникает замкнутый цикл: чем жарче становится в городе, тем активнее жители используют кондиционеры, а их работа ещё больше повышает температуру окружающей среды.

Технология пассивного охлаждения

Одна из альтернатив — пассивное охлаждение, при котором поверхности не производят холод, а уменьшают собственный нагрев. Такой эффект достигается благодаря материалам, способным отражать большую часть солнечного излучения и излучать накопленное тепло в космос через так называемое «атмосферное окно» — диапазон длин волн, который свободно проходит через земную атмосферу.

Одну из первых технологий дневного радиационного охлаждения ещё в 2014 году представили Шаньхуэй Фань и Аасват Раман. Позднее группа профессора Сюйлиня Жуаня разработала сверхбелое покрытие, отражающее до 97% солнечного излучения, а сегодня исследователи работают над новыми красками, кровельно-фасадными и оконными покрытиями.

Сегодня исследователи работают уже над несколькими типами материалов. Первое направление — радиационные краски и покрытия. Второе — гидрогелевые плёнки, которые ночью поглощают влагу из воздуха, а днём постепенно испаряют её.

Нанесение гидрогеля на крыши и фасады позволяет превратить здание в самоохлаждающуюся конструкцию, снижая его зависимость от традиционных систем кондиционирования. В испытаниях отдельные радиационные покрытия снижали температуру поверхности примерно на 5 °C, а гидрогелевые плёнки — примерно на 7 °C по сравнению с обычными материалами.

«Холодные крыши» 

В строительстве эти технологии известны как «холодные крыши» (cool roofs). Светоотражающие покрытия можно наносить и на новостройки, и в ходе капремонта или реновации зданий.

Подобные решения уже применяют в разных странах как один из способов борьбы с эффектом городского «теплового острова». Наибольшую эффективность они могут показать в регионах с большим количеством солнечных дней в году, где даже небольшое снижение температуры кровли помогает уменьшить расходы на кондиционирование верхних этажей и снизить нагрузку на городские электросети.

Кондиционеры пока не получится полностью заменить

Несмотря на высокий потенциал технологии, исследователи не считают пассивное охлаждение полноценной заменой уже привычным сплит-системам. Эффективность пассивного охлаждения зависит от погодных условий, влажности воздуха, плотности городской застройки и особенностей конкретного здания. Кроме того, на объектах с высокими требованиями к микроклимату — в ЦОДах, производственных помещениях, больницах или торговых комплексах — полностью отказаться от активного охлаждения пока невозможно.

По мнению Аасвата Рамана и других исследователей, наиболее реалистичным сценарием станет сочетание нескольких решений: энергоэффективной архитектуры, пассивных охлаждающих покрытий, современных систем вентиляции, озеленения и традиционного кондиционирования. Такой комплексный подход позволит снизить энергопотребление зданий, уменьшить пиковую нагрузку на электросети и повысить устойчивость городской инфраструктуры к экстремальной жаре.

Читайте также: Российская разработка снизит риски пожаров на электротранспорте и в ЦОД