Новое покрытие-хамелеон изменит способ обогрева и охлаждения зданий

Когда лето сменяется осенью, многие люди выключают кондиционеры и включают обогреватели. Однако традиционные системы отопления и охлаждения требуют больших затрат энергии, а поскольку они, как правило, работают на ископаемом топливе, то не являются экологичными.

Теперь, подражая хамелеону, обитающему в пустыне, группа исследователей, опубликовавшая доклад в журнале ACS Nano Letters, разработала энергоэффективное и экономичное покрытие. Этот материал может сохранять прохладу в зданиях летом и тепло зимой без дополнительных затрат энергии.

Многие обитатели пустынь имеют специальные приспособления, позволяющие им выживать в суровых условиях с большими суточными перепадами температур. Например, хамелеон намакуа, обитающий на юго-западе Африки, меняет свой цвет, чтобы регулировать температуру тела в зависимости от условий. В жаркую погоду они становятся светло-серыми, отражая солнечный свет и сохраняя прохладу, а после похолодания приобретают темно-коричневый цвет, поглощая тепло. Эта уникальная способность является примером пассивного регулирования температуры в естественных условиях — явление, которое может быть использовано для создания более энергоэффективных зданий. Однако многие системы, такие как охлаждающие краски или цветные стальные плитки, предназначены только для поддержания в зданиях либо прохлады, либо тепла, и не могут переключаться между «режимами». Вдохновленные хамелеоном Namaqua, Фуцян Ванг (Fuqiang Wang) и его коллеги хотели создать покрытие, меняющее цвет и адаптирующееся к колебаниям внешней температуры.

Для создания покрытия ученые смешали термохромные микрокапсулы, специализированные микрочастицы и связующие вещества, образовав суспензию, которую распылили или нанесли кистью на металлическую поверхность. При нагревании до 68 градусов по Фаренгейту поверхность начинала менять цвет с темного на светло-серый. При достижении температуры 86 градусов светлоокрашенная пленка отражала до 93% солнечного излучения. Даже при нагреве свыше 175 градусов в течение целого дня материал не проявлял никаких признаков повреждения. Далее команда исследователей протестировала его наряду с тремя традиционными покрытиями — обычной белой краской, краской для пассивного радиационного охлаждения и синей стальной плиткой — в ходе испытаний на открытом воздухе на миниатюрных зданиях размером с конуру в течение всех четырех сезонов.

• Зимой новое покрытие было немного теплее, чем система пассивного радиационного охлаждения, хотя в более теплых условиях оба покрытия поддерживали схожую температуру.
• Летом новое покрытие было значительно холоднее, чем белая краска и стальная плитка.
• Весной и осенью новое покрытие оказалось единственной системой, способной адаптироваться к резким колебаниям температуры, переключаясь с нагрева на охлаждение в течение дня.

По мнению исследователей, такая система, меняющая цвет, может сэкономить значительное количество энергии для регионов с несколькими сезонами, при этом она недорога и проста в изготовлении.

20.09.2023