Блог

Nov 24, 2023

Краска сохраняет тепло зимой внутри, летом снаружи

Исследователи показывают, что их недавно изобретенные краски, которые они производят в широком диапазоне цветов, могут снизить потребность как в отоплении, так и в кондиционировании воздуха в зданиях и других помещениях, таких как поезда.

Исследователи показывают, что их недавно изобретенные краски, которые они производят в широком спектре цветов, могут снизить потребность как в отоплении, так и в кондиционировании воздуха в зданиях и других помещениях, таких как поезда и грузовики для рефрижераторных грузов.

Предметы из разных материалов различной формы, покрытые новыми красками. (Изображение предоставлено: Юкан Пэн)

Ученые Стэнфордского университета изобрели новый вид краски, которая может сохранять в домах и других зданиях прохладу летом и тепло зимой, значительно снижая энергопотребление, затраты и выбросы парниковых газов.

На отопление и охлаждение помещений приходится около 13 процентов мирового потребления энергии и около 11 процентов выбросов парниковых газов. Согласно исследованию, опубликованному сегодня в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, новые краски сократили потребление энергии, используемой для нагрева, примерно на 36 процентов в экспериментах с использованием искусственной, холодной среды. Они сократили энергию, необходимую для охлаждения, почти на 21 процент в искусственно теплых условиях. При моделировании типичного многоквартирного дома средней этажности в различных климатических зонах США с новой краской на наружных стенах и крышах общее потребление энергии на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха снизилось на 7,4 процента в течение года.

«Прогнозируется, что потребление энергии и выбросы от отопления будут продолжать падать из-за повышения энергоэффективности, но использование систем кондиционирования воздуха растет, особенно в развивающихся странах в условиях потепления», — сказал старший автор исследования И Цуй, профессор материаловедения и инженерии. , энергетической и инженерной науки, а также фотонной науки в Национальной ускорительной лаборатории SLAC.

«Как для отопления, так и для кондиционирования воздуха мы должны сократить потребление энергии и выбросы во всем мире, чтобы достичь наших целей по нулевым выбросам», — сказал Кюи, который руководит Институтом энергетики Прекорта и Акселератором устойчивого развития, которые входят в состав Стэнфордской школы устойчивого развития Дорра. «Как уменьшить теплообмен между жилыми и рабочими помещениями человека и окружающей их средой, становится все больше внимания, и новые материалы для улучшенной изоляции, такие как пленки с низкой излучательной способностью для окон, пользуются спросом».

Юкан Пэн (Изображение предоставлено Юкан Пэн)

Современные краски с низким коэффициентом излучения обычно имеют серебристо-металлический или серый цвет, эстетика которых ограничивает их использование. Недавно изобретенные краски состоят из двух слоев, наносимых отдельно: нижнего слоя, отражающего инфракрасное излучение, с использованием алюминиевых хлопьев и ультратонкого, прозрачного для инфракрасного излучения верхнего слоя с использованием неорганических наночастиц, который представлен в широком диапазоне цветов. Инфракрасный спектр солнечного света вызывает 49 процентов естественного нагрева планеты, когда он поглощается поверхностями.

Для защиты от тепла краску можно наносить на наружные стены и крыши. Большая часть этого инфракрасного света проходит через цветной слой новых красок, отражается от нижнего слоя и возвращается обратно в виде света, не поглощаясь строительными материалами в виде тепла. Чтобы сохранить тепло внутри, краски наносятся на внутренние стены, где нижний слой отражает инфракрасные волны, которые передают энергию в пространстве и невидимы для человеческого глаза.

В частности, до 80 процентов света в среднем инфракрасном диапазоне отражается красками, выполняя большую часть работы по сохранению тепла внутри в холодную погоду и снаружи в жаркую погоду. Цветной слой также отражает часть ближнего инфракрасного света, что позволяет снизить кондиционирование воздуха. Исследовательская группа протестировала краски белого, синего, красного, желтого, зеленого, оранжевого, фиолетового и темно-серого цветов. Исследователи обнаружили, что они в 10 раз лучше, чем обычные краски тех же цветов, отражают свет в среднем инфракрасном диапазоне.

Краски можно наносить за пределы зданий, чтобы повысить энергоэффективность в других местах. Например, они могли бы охватывать грузовые автомобили и железнодорожные вагоны, используемые для рефрижераторных перевозок, в которых затраты на охлаждение могут занимать до половины транспортного бюджета.

Цзянь-Чэн Лай (Изображение предоставлено Цзянь-Чэн Лай)