В век глобального потепления учёные разрабатывают различные способы и методы понижения температуры зданий в периоды всё более сильных волн жары. Исследователи из Принстона и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали пассивный механизм терморегулирования с использованием обычных материалов, которые избирательно управляют излучаемым теплом, обеспечивая устойчивый способ значительного повышения энергоэффективности и комфорта зданий. В статье, опубликованной в журнале Cell Reports Physical Science, они сообщают, что, ограничивая потоки лучистого тепла между зданиями и окружающей средой определёнными длинами волн, покрытия, изготовленные из обычных материалов, могут обеспечить экономию энергии и тепловой комфорт, которые превосходят возможности традиционных ограждающих конструкций зданий.

Тепловое излучение, переносимое электромагнитными волнами, распространено повсеместно – мы ощущаем его, когда солнечный свет согревает нашу кожу или когда электрическая катушка нагревает помещение. Регулирование температуры в здании с помощью контроля теплового излучения является обычной практикой. В большинстве зданий используются шторы на окнах, чтобы блокировать солнечный свет, и многие красят крыши и стены в белый цвет, чтобы отражать солнце. В последние годы наблюдается огромный интерес к охлаждающим кровельным покрытиям, которые отражают солнечный свет. Но охлаждение стен и окон – гораздо более тонкая и сложная задача.

С крыш, как правило, открывается вид на небо. Это позволяет специальным покрытиям отражать солнечный свет и излучать длинноволновое тепло в небо. С другой стороны, из стен и окон в основном видна земля и соседние здания. В жаркую погоду они нагреваются за счёт тепла, исходящего от раскалённых улиц, тротуаров и близлежащих зданий. Это означает, что хотя стены и окна излучают тепло в небо, земля нагревает их ещё больше. В холодную погоду окружающая среда на земле становится холоднее, отводя тепло от стен и окон.

Исследователи поняли, что решение этой проблемы заключается в различном способе перемещения тепла между зданиями и территорией на уровне земли, а также в том, как оно перемещается между зданиями и небом. Тепловое излучение распространяется от зданий к небу в узкой части инфракрасного спектра, известной как атмосферное окно пропускания, поэтому исследователи называют его узкополосным. На уровне земли тепловое излучение распространяется по всему инфракрасному спектру, и исследователи называют это широкополосным. Покрывая стены и окна материалами, которые излучают или поглощают тепло только в атмосферном пространстве, можно уменьшить широкополосный приток тепла от земли летом и потери зимой, сохраняя при этом охлаждающий эффект неба. Результаты исследования имеют большое значение по двум важным причинам. Во-первых, исследователи показывают в статье, что многие распространённые и недорогие строительные материалы излучают тепло в узкополосном диапазоне и блокируют широкополосное тепло. Такой материал, как поливинилфторид, уже используемый в качестве облицовочного материала, может быть адаптирован для этой цели, как и более распространенные пластмассы.

Вторая причина для оптимизма заключается в том, что потенциальное воздействие на энергетику в масштабах здания существенно. Исследователи отметили, что сезонная экономия энергии благодаря их механизму сравнима с выгодой от покраски тёмных крыш в белый цвет. Это может быть полезно, поскольку стоимость кондиционирования воздуха и потери, связанные с теплом, продолжают расти во всем мире.

Исследователи планируют продолжить эти работы в дальнейшем, поскольку предложенный ими механизм является полностью пассивным, что делает его устойчивым способом охлаждения и обогрева зданий в зависимости от времени года и обеспечивает экономию энергии.