Инженеры Berkeley Lab разработали умное кровельное покрытие, которое сохраняет в здании тепло или прохладу в зависимости от погоды. Ученые сделали уникальный материал для кровли. Когда тепло, материал отражает солнечный свет и тепло. Однако зимой радиационное охлаждение отключается автоматически. Это сокращает потребление энергии как для обогрева, так и для охлаждения здания.

Системы радиационного охлаждения работают, «забирая» тепловое излучение из здания, отправляя его в небо. Также, чтобы сохранить прохладу, здания покрывают супербелой краской — она отражает солнечный свет и тепло, сохраняя прохладу в здании. Эти системы могут хорошо работать для охлаждения дома летом, но проблема в том, что они сохраняют прохладу в здании и зимой.

Чтобы решить проблему, инженеры лаборатории Беркли разработали уникальное покрытие. Оно автоматически переключается на улавливание тепла, когда температура окружающей среды падает. Ученые назвали этот материал терморегулирующим радиационным покрытием (TARC, temperature-adaptive radiative coating).

Образцы TARC тестируют на крыше здания. Фото: Цзюньцяо Ву

Для его разработки инженеры использовали необычное соединение — диоксид ванадия (VO₂). В 2017 году ученые обнаружили необычное свойство VO₂ — если это соединение нагреть до температуры 67 °C, материал будет проводить электричество, но не тепло. Это противоречит известным законам физики.

Теперь инженеры из Беркли использовали эти свойства диоксида ванадия на практике. Идея состоит в том, что, когда на улице становится тепло, материал поглощает и излучает тепловое и инфракрасное излучение, не пропуская его в здание. Но в прохладную погоду материал позволяет теплу «проходить» от Солнца прямо к зданию.

Ученые протестировали устройство с использованием тонкопленочных пластырей из TARC размером 2 см² и сравнили их с образцами коммерческих темных и белых кровельных материалов. Беспроводные устройства измеряли изменения прямых солнечных лучей и температуры. Новое покрытие сработало на удивление хорошо. Согласно измерениям, TARC отражал около 75% солнечного света независимо от погоды. Но когда температура окружающей среды превышала 30 °C, он отражал до 90% своего тепла обратно в небо. Когда на улице холодало до 15 °C и ниже, TARC «отдавал» только 20% тепла.