Группа ученых из Стэнфордского университета создала инновационный тип краски, способный регулировать температуру в зданиях, что приводит к снижению энергопотребления, экономии средств и уменьшению выбросов парниковых газов. Исследование, опубликованное недавно в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показало, что новые краски позволяют снизить потребление энергии на отопление примерно на 36% в контролируемых холодных условиях и почти на 21% уменьшить потребление энергии на охлаждение в контролируемых теплых условиях. Компьютерное моделирование также показало, что нанесение этой краски на наружные стены и крыши типичного среднеэтажного жилого дома в различных климатических зонах США привело к снижению общего потребления энергии на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха на 7,4% в течение года. Этот прорыв в технологии производства красок может внести существенный вклад в снижение глобального энергопотребления и связанного с ним воздействия на окружающую среду.
По словам старшего автора исследования, профессора И Цуй из Стэнфордского университета, прогнозируется снижение потребления энергии и выбросов от отопления за счет повышения энергоэффективности. Однако спрос на кондиционирование воздуха растет, особенно в развивающихся странах в условиях потепления климата. Куи подчеркивает важность снижения глобального энергопотребления и выбросов как при отоплении, так и при кондиционировании воздуха для достижения целей нулевого уровня выбросов. Для решения этой задачи все большее внимание уделяется поиску способов минимизации теплообмена между внутренними помещениями и окружающей средой. В связи с этим растет спрос на новые материалы, улучшающие теплоизоляцию, например, пленки с низким коэффициентом пропускания, предназначенные для окон. Эти материалы играют важнейшую роль в повышении энергоэффективности и устойчивости зданий. Профессор Куи возглавляет Институт энергетики Прекурта и Акселератор устойчивого развития при Стэнфордской школе устойчивого развития Доерра, что подчеркивает их приверженность к продвижению решений в области энергетики.
Как правило, краски с низкой светопропускаемостью имеют ограниченную цветовую гамму, наиболее распространенными вариантами являются серебристый или серый металлик. Однако прорыв в технологии производства красок привел к изобретению красок с более яркими цветами. Новые краски состоят из двух слоев: нижнего, содержащего алюминиевые хлопья, отражающие инфракрасные лучи, и ультратонкого инфракрасно-прозрачного слоя, состоящего из неорганических наночастиц. Верхний слой может быть окрашен в различные цвета.
Инфракрасный спектр солнечного света, поглощаясь поверхностями, способствует 49% естественного нагревания Земли. Для решения этой проблемы новые краски можно использовать для защиты от тепла, нанося их на наружные стены и крыши. Цветной слой пропускает через себя большую часть инфракрасного излучения, а когда оно достигает нижнего слоя, то отражается от поверхности и выходит в виде света, а не поглощается строительными материалами в виде тепла. Аналогичным образом для удержания тепла внутри помещения эти краски можно наносить на внутренние стены. В этом случае нижний слой отражает невидимые человеческому глазу инфракрасные волны, отвечающие за передачу энергии в пространстве.
Примечательно, что эти краски обладают высоким уровнем отражательной способности, особенно в высоком среднем инфракрасном диапазоне, причем отражается до 80% инфракрасного излучения. Такая функциональность позволяет им эффективно сохранять тепло в холодное время года и прохладу в жаркую погоду. Кроме того, цветной слой также отражает некоторое количество ближнего инфракрасного света, что способствует снижению потребности в кондиционировании воздуха. Исследовательская группа провела испытания с использованием различных цветов, включая белый, синий, красный, желтый, зеленый, оранжевый, фиолетовый и темно-серый. Было обнаружено, что новые краски в десять раз лучше отражают среднее инфракрасное излучение по сравнению с обычными красками тех же цветов.
Применимость этих красок выходит за рамки зданий, поскольку они могут быть использованы для повышения энергоэффективности в различных других областях. Например, их можно наносить на грузовые и железнодорожные вагоны, используемые для рефрижераторных перевозок, где расходы на охлаждение могут составлять значительную часть бюджета перевозок.
Один из соавторов исследования, Юкан Пенг, поясняет, что оба слоя краски могут наноситься на различные формы и материалы, обеспечивая дополнительный тепловой барьер в различных ситуациях. Водоотталкивающая природа обоих слоев повышает их устойчивость во влажной среде. Исследователи также обнаружили, что окрашенные поверхности легко очищаются с помощью влажной тряпки или промывки водой.
С точки зрения практичности, краски продемонстрировали отличные эксплуатационные и эстетические характеристики даже после непрерывного воздействия экстремальных температур (176 и -320,5 градусов по Фаренгейту), а также высоко- и низкокислотной среды в течение недели. Исследователи отметили небольшое увеличение использования кондиционеров в некоторых городах США, однако общего увеличения общей нагрузки на систему отопления, вентиляции и кондиционирования не произошло.
Другой соавтор исследования, Цзянь-Ченг Лай (Jian-Cheng Lai), отмечает, что в настоящее время ведутся работы по совершенствованию рецептур этих красок для их практического применения. Например, они стремятся разработать растворы на водной основе, которые будут более экологичными по сравнению с ранее использовавшимися органическими растворителями, что в конечном итоге будет способствовать коммерциализации этих красок.
А затем «Добавить на главный экран».