Пятница, 23 февраля, 2024
ДомойТехнологииНовая адаптивная черепица сокращает расходы на отопление и охлаждение без необходимости использования...

Новая адаптивная черепица сокращает расходы на отопление и охлаждение без необходимости использования электроники

- Advertisement -

Исследователи Калифорнийского университета в Санта-Барбаре создали адаптивную кровельную черепицу, которая снижает затраты на отопление и охлаждение здания за счет использования воскового двигателя для изменения свойств поверхности в зависимости от температуры, демонстрируя значительную экономию энергии в первоначальных испытаниях.

Примерно 50% энергии, используемой в типичном американском здании, расходуется на отопление и охлаждение. Это потрачено много денег, сожжено ископаемое топливо, что создает нагрузку на и без того стареющую энергетическую инфраструктуру, особенно в периоды экстремальных температур.

Это также проблема, которую исследователи Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Чарли Сяо, Эллиот Хоукс и Болин Ляо надеются решить. Устройствотрио представляет адаптивную черепицу, которая при размещении в массивах на крышах может снизить счета за отопление зимой и счета за охлаждение летом без необходимости использования электроники.

Как работает адаптивная плитка

«Он переключается между состоянием нагрева и состоянием охлаждения в зависимости от температуры плитки», — сказал Сяо, ведущий автор исследования. «Целевая температура составляет около 65°F — около 18°C».

Это пассивное терморегулирующее устройство площадью около четырех квадратных дюймов представляет собой сочетание опыта Ляо в области теплотехники и работы Хоукса в разработке механизмов — подвижной поверхности, которая может изменять свои тепловые свойства в зависимости от диапазона температур. Идея этого проекта пришла к ним во время долгих поездок между Санта-Барбарой и северной Калифорнией несколько лет назад.

Развитие и функциональность плитки

«Оба наших супруга в то время находились в Стэнфорде, поэтому мы путешествовали и задавались вопросом, что мы потенциально могли бы сделать вместе», — сказал Ляо, который, как и Хоукс, является профессором факультета машиностроения UCSB. Затем они получили начальное финансирование от Калифорнийского института наносистем на территории кампуса для разработки механически настраиваемых тепловых устройств.

И только когда Сяо придумал идею использования воскового двигателя, идея адаптивной черепицы приняла свою окончательную форму. Основываясь на изменении объема воска в ответ на температуру, которой он подвергается, восковой двигатель создает давление, которое приводит в движение механические детали, преобразуя тепловую энергию в механическую. Восковые двигатели обычно используются в различных приборах, таких как посудомоечные и стиральные машины, а также в более специализированных приложениях, например, в аэрокосмической промышленности.

В случае с плиткой восковой мотор, в зависимости от ее состояния, может толкать или втягивать поршни, закрывающие или открывающие жалюзи на поверхности плитки. Таким образом, при более низких температурах, пока воск твердый, жалюзи закрываются и лежат ровно, обнажая поверхность, которая поглощает солнечный свет и сводит к минимуму рассеивание тепла за счет излучения.

Преимущества и результаты испытаний

Но как только температура достигает около 18°C, воск начинает плавиться и расширяться, открывая жалюзи и обнажая поверхность, отражающую солнечный свет и излучающую тепло.

Кроме того, в процессе плавления или замерзания воск также поглощает или выделяет большое количество тепла, дополнительно стабилизируя температуру плитки и здания.

«Таким образом, у нас есть очень предсказуемое поведение переключения, которое работает в очень узком диапазоне», — объяснил Сяо. Согласно статье исследователей, испытания продемонстрировали снижение энергопотребления на охлаждение в 3,1 раза и на обогрев в 2,6 раза по сравнению с непереключающими устройствами, покрытыми обычными отражающими или поглощающими покрытиями. Благодаря восковому двигателю для работы устройства не требуется никакой электроники, батарей или внешних источников питания, и, в отличие от других подобных технологий, оно реагирует в пределах нескольких градусов от заданного диапазона. Кроме того, простота его конструкции допускает настройку — можно использовать различные термические покрытия и различные типы воска, чтобы позволить устройству работать в желаемых температурных диапазонах, а также подходить для массового производства.

«Устройство все еще является проверкой концепции, но мы надеемся, что оно приведет к появлению новых технологий, которые однажды смогут оказать положительное влияние на энергопотребление в зданиях», — сказал Хоукс.

Ссылка: «Пассивно-адаптивный радиационный переключатель для терморегуляции в зданиях», Чарльз Сяо, Болин Ляо и Эллиот В. Хоукс, 13 декабря 2023 г., Устройство.
DOI: 10.1016/j.device.2023.100186

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме