Nature: защитить города от опасной жары помогут новые технологии

Эти инновации имеют потенциал существенно снизить энергопотребление и вредные выбросы в атмосферу.

Важно отметить, что в большинстве современных кондиционеров и холодильников используется процесс сжатия жидкости для отвода тепла наружу. Однако этот метод имеет свои недостатки, такие как выброс парниковых газов и высокое энергопотребление. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), около 20% электроэнергии, потребляемой в зданиях по всему миру, приходится на кондиционеры и вентиляторы.

Именно поэтому разработка новых технологий, направленных на увеличение энергоэффективности систем кондиционирования воздуха, становится все более актуальной. Новые методы охлаждения, которые могут снизить энергопотребление и вредные выбросы, играют ключевую роль в устойчивом развитии и борьбе с изменением климата.

Многие исследователи по всему миру сейчас активно работают над сокращением количества энергии, необходимой для кондиционирования воздуха. Однако, агентство прогнозирует, что к 2050 году этот объем увеличится в три раза. Важно найти эффективные решения для снижения потребления электроэнергии в области охлаждения.

Одно из перспективных решений было представлено на переговорах по климату COP28 в Дубае (ОАЭ) в 2023 году. В докладе ООН отмечается, что к 2050 году потребление электроэнергии для охлаждения может удвоиться, что подчеркивает необходимость разработки новых технологий.

Группа ученых в прошлом году представила инновационную технологию, которая позволяет кондиционерам работать более эффективно без использования жидких хладагентов. Это открывает новые перспективы для улучшения энергоэффективности в области кондиционирования воздуха и снижения нагрузки на энергосистемы.

Устройство, созданное исследователями из Люксембургского института науки и технологий, открывает новые возможности в области электрокалорического охлаждения. Электрическое поле, применяемое в этом процессе, играет ключевую роль в изменении положения атомов в изолирующей керамике.

Этот инновационный метод позволяет эффективно управлять температурой материала за счет вибраций атомов и переноса тепла жидкостью.

Кроме того, использование электрокалорического охлаждения имеет потенциал для применения в различных областях, включая электронику, медицинское оборудование и промышленные процессы.

Таким образом, данная технология открывает новые перспективы в области охлаждения материалов и устройств, что может привести к разработке более эффективных и экологически чистых систем охлаждения.

В свете современных технологических достижений, устройство, разработанное в сотрудничестве с японской производственной компанией Murata в Нагаокакио, представляет собой новую эру в использовании керамики. Murata уже успешно производит подобные материалы для мобильных телефонов, компьютеров и другого оборудования, что говорит о высоком потенциале новой технологии. Это сотрудничество поможет сделать технологию более масштабируемой и доступной для широкого круга потребителей, считает Дефей.

По словам Дэвида Сейлора, директора Школы географических наук и городского планирования в Университете штата Аризона в Темпе (США), эти инновационные материалы могут перевернуть привычные представления о технологиях охлаждения. «Они не только способны помочь охладить здание, снижая потребность в кондиционировании воздуха, но и охлаждать наружный воздух, что открывает новые перспективы в области экологически чистых технологий», - подчеркивает он.

В современном мире, где важность устойчивого развития и экологической безопасности становится все более актуальной, использование инновационных материалов в строительстве и оборудовании зданий приобретает особое значение. Новая технология, основанная на керамике от Murata, может стать ключом к созданию более энергоэффективных и экологически чистых зданий, способствуя улучшению качества жизни и снижению негативного воздействия на окружающую среду.

В 2014 году ученый-материаловед Аасват Раман, работающий в настоящее время в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (США), совершил прорыв в разработке материалов, создав первый сверххолодный материал. Его исследования в области терморегуляции привели к созданию уникального оборудования, установленного на крыше лаборатории в Стэнфордском университете. Это оборудование состояло из семи чередующихся слоев диоксида кремния и диоксида гафния, способных поддерживать температуру на 5 градусов по Цельсию ниже окружающего воздуха.

С тех пор, благодаря этому прорыву, в лабораториях по всему миру были разработаны искусственные суперхолодные материалы, представленные в различных формах: от пластика и металлов до красок и даже дерева. Эти материалы открывают новые перспективы в области терморегуляции и могут найти применение в различных отраслях промышленности и науки.

Инновационные сверххолодные материалы не только способны поддерживать низкие температуры, но и имеют потенциал для эффективного использования в сфере энергосбережения, медицине, аэрокосмической промышленности и других областях, где контроль температуры играет ключевую роль.

Эксперты в области охлаждения материалов постоянно ищут новые стратегии, чтобы сделать процесс более эффективным и экологически безопасным. Одним из последних достижений стало создание суперхолодного аэрогеля на основе желатина и ДНК спермы лосося исследователями из Сычуаньского университета в Чэнду (Китай) в июле 2024 года. Этот материал способен охлаждать поверхности на 16 градусов ниже температуры окружающего воздуха, что может иметь значительное значение для различных промышленных и научных областей.

Помимо суперхолодных материалов, исследователи также обращают внимание на категорию холодных материалов, которые могут быть более универсальными в применении. Они спроектированы для отражения солнечного излучения, что помогает снизить нагрев поверхности. Однако, важно помнить, что эти материалы не всегда предназначены для эффективного испускания теплового излучения, что может ограничивать их применение в определенных сферах.

Исследования в области охлаждения материалов продолжаются, и каждое новое открытие открывает новые возможности для улучшения энергоэффективности и снижения нагрузки на окружающую среду. В будущем, развитие новых технологий и материалов может привести к более эффективным и устойчивым методам охлаждения, что станет важным шагом в направлении более устойчивого будущего.

В мире современных технологий ученый проводил исследования по созданию инновационных материалов, предназначенных для использования на вертикальных поверхностях, таких как фасады зданий. Эксперименты привели к открытию удивительной технологии, представленной в июне 2024 года исследовательской командой. Эта технология основана на использовании специального материала, способного регулировать температуру стен в зависимости от времени года.

Изучение показало, что разработанный материал способен эффективно охлаждать или нагревать поверхности зданий, обеспечивая комфортное микроклиматическое состояние внутри помещений. Особенностью покрытия является его способность терять тепло в сторону неба летом и сохранять его зимой, что значительно экономит энергию и ресурсы.

Команда ученых обнаружила, что для создания такого материала можно использовать даже довольно дешевые и распространенные вещества, например, полипропиленовые пакеты, которые обычно используются для упаковки продуктов. Это открытие может иметь огромное значение для регионов, где отсутствует возможность использования кондиционеров, подчеркивает главный исследователь Раман.

Научные исследования в области улучшения теплоизоляции зданий продолжаются не только в США, но и в других странах. Одним из интересных проектов стал эксперимент ученых из Колумбийского университета в Нью-Йорке, ведущегося под руководством Юань Яна. В их отчете описывается использование суперхолодной краски на гофрированной стене, при этом особое внимание уделялось направленности нанесения краски и металла с низким поглощением тепла.

Эксперимент показал, что благодаря такой инновационной технике теплоизоляции удалось снизить температуру поверхности стены на 2–3 градуса по сравнению с окружающим воздухом. Это открытие может иметь значительное значение для энергоэффективности зданий и сокращения затрат на отопление и кондиционирование воздуха.

Такие исследования не только способствуют более эффективному использованию ресурсов, но и открывают новые перспективы для создания устойчивых и экологически чистых технологий в строительстве. В дальнейшем, развитие подобных методов теплоизоляции может привести к созданию более комфортных и энергоэффективных условий в жилых и коммерческих помещениях.

Инновационный подход к охлаждению домов и зданий представлен командой инженеров из Мельбурнского университета (Австралия) под руководством Мохаммада Таха. В начале 2023 года они представили концепцию использования "чернил с изменением фазы", состоящих из наночастиц, способных менять свою фазу в зависимости от температуры. Этот уникальный материал переходит от сверхпроводника при низких температурах к металлу при повышении температуры, обеспечивая возможность оставаться холодным или теплым в зависимости от окружающей среды.

Этот удивительный трюк не только позволяет материалу регулировать свою температуру, но и обладает способностью отражать или поглощать дополнительное тепло в зависимости от его фазы. Когда материал становится металлом, он принимает линейную структуру, способную отражать избыточное тепло, тогда как в состоянии сверхпроводника он принимает изолирующую зигзагообразную структуру, пропускающую тепло.

Такой подход к технологии охлаждения может иметь революционное значение для энергоэффективности зданий и сокращения затрат на кондиционирование воздуха. Команда Мохаммада Таха продолжает исследования в этой области, стремясь к созданию более устойчивых и эффективных систем охлаждения для будущего.

В будущем Таха рассматривает возможность использования новых чернил в качестве инновационного покрытия для окон. Он видит в этом решении потенциал для улучшения энергоэффективности зданий. «Если мы взглянем на структуру здания с точки зрения сохранения тепла, то окна являются наиболее уязвимым звеном», – пояснил ученый. В его видении здание, обшитое стеклом, может превратиться в настоящую теплицу в жаркий день.

Таха также подчеркнул, что использование специальных чернил на окнах может значительно снизить энергопотребление здания. Это открывает новые перспективы для создания экологически чистых и энергоэффективных конструкций. Возможно, в будущем мы увидим здания, которые смогут регулировать температуру внутри себя благодаря инновационным технологиям покрытий окон.

Источник и фото - ecoportal.su