Кондиционирование воздуха без энергии за счет древесины

Этот процесс может снизить температуру материалов на несколько градусов ниже уровня окружающей среды и сохранить это состояние в течение дня

Строительство зданий обходится США в 430 млрд долларов в год, а на строительный сектор приходится 40 процентов всей потребляемой энергии. Из них почти половина затрат уходит на отопление и охлаждение. Ученые придали старейшему строительному материалу, дереву свойство в восемь раз быть прочнее, иметь высокую отражающую способность и охлаждать без использования какой-либо энергии.

Ученым давно известно радиационное охлаждение, характеризующее возможность тела отдавать свое тепло посредством излучения. Некоторые инженеры задумываются над тем, чтобы, используя этот метод, разработать материалы в надежде получить неэнергетический способ охлаждения.

Этот процесс может снизить температуру материалов на несколько градусов ниже уровня окружающей среды и сохранить это состояние в течение дня. Есть некоторые примеры проектов, пытавшихся вывести эту технологию на рынок в виде охлаждающих панелей или специальных покрытий, пригодных для использования в качестве систем кондиционирования воздуха с нулевой мощностью. Но до сих пор этот подход в значительной степени опирался на необходимость сложной разработки специальных материалов, а их окончательная рыночная цена оставалась неясной.

В статье журнала «Наука» группа, возглавляемая инженерами из Университета Мэриленда, описывает, как специально обработанная древесина может использоваться в качестве конструкционного материала в зданиях и снижать энергозатраты, кондиционируя воздух, на целых 60 процентов.

Процесс изготовления этой «охлаждающей древесины» удивительно прост. Исследователи взяли кусок дерева, сварили его в перекиси водорода, а затем раздавили в горячем прессе. Затем он был обработан водоотталкивающим химическим веществом с названием фторсилан, чтобы сделать его устойчивым к атмосферным воздействиям. В результате чего ярко-белая панель оказалась в 8,7 раз прочнее, чем натуральное дерево.

Кипящий пероксид очистил древесину от жесткого материала, называемого лигнином, который поддерживает клеточные стенки деревьев, разрушив его молекулы, чтобы затем их можно было смыть водой. Это позволило сжать то, что осталось от древесины, в основном целлюлозу и гемицеллюлозу, в невероятно плотный материал.

Это не только делает его очень прочным, но и придает свойство спутанным пучкам целлюлозных волокон рассеивать свет, в результате чего получается поверхность с высокой отражающей способностью. Его структура также позволяет излучать свет именно в том диапазоне частот, который необходим для радиационного охлаждения.

Чтобы проверить охлаждающую способность материала, исследователи испытали его в идеальных условиях, на ферме в Аризоне, где было показано, что он остался на пять или шесть градусов ниже, чем температура окружающего воздуха. Он смог обеспечить охлаждение в середине дня, а ночью он был примерно на 12 градусов холоднее, чем натуральное дерево.

Из-за своей прочности он может быть использован в качестве объемного конструкционного материала в зданиях. Используя компьютерные модели старых и новых многоквартирных домов в 16 городах США, команда подсчитала, что использование охлаждающей древесины на крышах и стеновых панелях может снизить потребление энергии в среднем на 20–35 процентов, в зависимости от возраста здания. Самая большая экономия наблюдалась в Фениксе, где старые здания могли сократить энергопотребление на 60 процентов.

Но, несмотря на то, как просто звучит процесс изготовления, пока рано говорить, сколько в конечном итоге будет стоить производство такой древесины. Кроме того, отсутствует возможность включения и выключения охлаждения, поэтому в более холодных климатических условиях ее применение не имеет смысла, поскольку любая экономия на охлаждении будет компенсирована увеличением расходов на отопление зимой.

Тем не менее, если материал оправдывает даже часть обещанного, это может серьезно повлиять на использование дорогостоящих и вредных для климата систем кондиционирования воздуха.

Источник: Wood Gets a Makeover to Provide Energy-Free Air Conditioning