Все кондиционеры и другие системы охлаждения являются одними из крупнейших потребителей электроэнергии, поэтому поиск способов пассивного охлаждения зданий имеет особенно важное значение в условиях борьбы за климат на Земле. Исследователи из университета Буффало разработали прототип гибридного устройства, способного не только резко охлаждать здания без использования электричества, но и улавливать солнечную энергию для нагрева воды.

О разработке пишет журнал Cell Reports Physical Science.

Системы радиационного охлаждения поглощают тепло из комнаты или здания и излучают его в инфракрасных волнах в сторону неба. На этих длинах волн атмосфера Земли «невидима» для излучения, а это означает, что ничто не мешает теплу выходить прямо в холод космического пространства.

В этих устройствах используются панели из материалов, способных поглощать и излучать тепло. Логичный способ сориентировать эти панели с тепловым излучателем — то есть повернуть одну сторону в небо, как солнечная панель, но команда нового исследования утверждает, что это не самый эффективный метод. Панели излучают тепло с обеих сторон, поэтому в этом положении часть тепла излучается обратно на землю.

Для нового дизайна исследователи из университета Буффало переместили тепловой излучатель так, чтобы тепло могло собираться с обеих сторон и передаваться в космос. Для этого они расположили термоэмиттер вертикально между парой зеркал, расположенных в форме буквы V. Затем эти зеркала отражают инфракрасные волны вверх — в небо.

«Поскольку тепловое излучение от обеих поверхностей центрального теплового излучателя отражается в небо, локальная плотность мощности охлаждения на этом излучателе удваивается, что приводит к рекордному снижению температуры», — говорит Цяоцян Ган, ведущий автор исследования.

В ходе экспериментов команда показала, что устройство способно снизить температуру внутри испытательной установки более чем на 12 °C под прямыми солнечными лучами и более чем на 14 °C в имитируемом ночном времени.

Зеркала сделаны из 10 тонких слоев серебра и диоксида кремния и разработаны таким образом, чтобы избирательно подходить к работе с разными длинами волн. Они отражают средние инфракрасные волны от излучателя, поглощая видимые и ближние инфракрасные волны солнечного света. Это не дает солнечному теплу нейтрализовать охлаждающий эффект, повышая эффективность.

Кроме того, тепло, поглощаемое зеркалами, может быть использовано с пользой — команда использовала его для нагрева воды до 60 °C.