CP v2

Tag: Pasyvus vėsinimas

  • Pingvinų plunksnos įkvėpė plėvelę pastatams: vienu paviršiumi šildo, kitu vėsina ir taupo energiją

    Pingvinų plunksnos įkvėpė plėvelę pastatams: vienu paviršiumi šildo, kitu vėsina ir taupo energiją

    Dauguma pasyvių šiluminių dangų atlieka vieną aiškią funkciją: arba sugeria šilumą, arba ją atspindi. Tai veikia stabiliose sąlygose, tačiau mūsų klimato juostoje pastatas vasarą perkaista, o žiemą praranda šilumą, todėl vienakryptės dangos tampa kompromisu.

    Tyrėjai, įkvėpti pingvinų plunksnų sandaros, pasiūlė kitą logiką: medžiagą, kuri gali persijungti tarp šildymo ir vėsinimo režimų be variklių, jutiklių ar elektros. Idėja paremta daugiasluoksne biologija, kuri pingvinams padeda išgyventi ir šaltyje, ir intensyvioje saulėje.

    Medžiaga su dviem pusėmis

    Sukurta vadinamoji Januso plėvelė turi du skirtingai suprojektuotus paviršius. Viena pusė pritaikyta maksimaliai sugerti saulės energiją ir kelti paviršiaus temperatūrą, o kita skirta atspindėti saulės spinduliuotę ir efektyviai išspinduliuoti šilumą į dangų, taip vėsinant.

    Abu paviršiai padaryti superhidrofobiniai, todėl vanduo neužsilaiko, o susidarančio ledo procesas sulėtėja. Bandymuose fiksuota, kad ledo formavimasis gali vėluoti iki 812 sekundžių, o esant maždaug minus 6 laipsniams ir silpnai saulei ledas ištirpo per maždaug 17 minučių be papildomos energijos.

    Kaip veikia vanadžio dioksido jungiklis

    Pagrindinė technologijos dalis yra vanadžio dioksidas VO2, kuris ties maždaug 68 laipsnių riba staigiai pakeičia savybes. Žemesnėje temperatūroje jis labiau panašus į izoliatorių, tačiau įkaitęs pereina į metalui artimą laidžią būseną, o elektrinė varža sumažėja apie 10 000 kartų.

    VO2 integruotas į mikroskopines pluoštines struktūras polimero sluoksnyje. Temperatūrai pakilus, susidaro laidūs takai, kurie pakeičia medžiagos sąveiką su elektromagnetinėmis bangomis, todėl plėvelė gali tapti gerokai mažiau pralaidi mikrobangų ruožui.

    Ką rodo bandymai ir kur tai praverstų

    Šildančioji plėvelės pusė laboratorijoje sugerdavo apie 94,5 proc. į ją krentančios saulės energijos ir pakeldavo paviršiaus temperatūrą iki maždaug 73 laipsnių, tai yra apie 52 laipsniais virš aplinkos. Lauko bandymuose fiksuotas dar didesnis skirtumas, kai paviršius įkaito iki maždaug 87 laipsnių virš aplinkos.

    Vėsinanti pusė, turinti porėtą struktūrą su silicio dioksido dalelėmis, atspindėjo daugiau kaip 90 proc. saulės spinduliuotės ir išlaikė paviršių maždaug 4–12 laipsnių vėsesnį nei aplinka. Tai svarbu pastatams, nes mažina kondicionavimo poreikį karščio bangų metu.

    Tyrėjų vertinimu, pritaikius tokią dangą ant pastato atitvarų ir sezoniškai parenkant, kuri pusė atsukta į išorę, būtų galima sutaupyti apie 11 kilovatvalandžių vienam kvadratiniam metrui per metus. Praktikoje tai reikštų apčiuopiamą efektą dideliems fasadams ir stogams, ypač ten, kur šildymo ir vėsinimo sezonai ryškiai skiriasi.

    Vis dėlto technologija dar yra laboratorinės brandos stadijoje. Tolimesni žingsniai siejami su ilgaamžiškumo patikra realiomis oro sąlygomis, atsparumu ultravioletui, mechaniniam dėvėjimuisi ir gamybos mastelio didinimu, nes būtent tai dažniausiai lemia, ar inovacija iš prototipo tampa masiniu sprendimu.

  • Ketverius metus kasė kiemą ir paklojo vamzdžius: pasyvi vėsinimo sistema gali pakeisti kondicionierių

    Pietų Amerikoje gyvenantis turinio kūrėjas ketverius metus kasė tranšėjas savo kieme ir po žeme paklojo vamzdžių tinklą, kad atvėsintų namų patalpas be įprasto kondicionieriaus. Sistema veikia be kompresoriaus, šaltnešio ir lauko bloko, todėl iš pirmo žvilgsnio primena itin paprastą, bet apgalvotą sprendimą.

    Šis sumanymas remiasi fizika: kelių metrų gylyje grunto temperatūra kinta gerokai lėčiau nei oro temperatūra paviršiuje. Dėl to vasarą žemė dažniausiai būna vėsesnė už įkaitusį lauko orą, o žiemą atvirkščiai, ji gali būti šiltesnė nei šaltas oras.

    „Kai lauke karšta, po žeme vėsiau. Įtraukus lauko orą per po žeme užkastus vamzdžius, prieš jam patenkant į namus, gruntas atima dalį šilumos“, – teigiama publikacijoje, kurioje aprašytas projektas.

    Tokio tipo sprendimas dažnai vadinamas kanadietišku šuliniu arba provansališku šuliniu. Tai pasyvaus geoterminio vėdinimo forma, kai užkasti vamzdžiai tampa savotišku šilumokaičiu: per juos tekantis oras atiduoda šilumą gruntui arba ją iš jo pasiima.

    Praktinis efektas priklauso nuo daugelio veiksnių: grunto tipo, drėgmės, vamzdžių ilgio ir skersmens, užkasimo gylio, oro srauto greičio bei filtravimo. Skelbiama, kad maždaug 15 metrų gylyje grunto temperatūra ištisus metus gali laikytis apie 10–16 laipsnių ribose, o mažesniuose gyliuose svyravimai didesni, tačiau vis tiek gerokai mažesni nei paviršiuje.

    Autorius prie darbų ėmėsi 2022 metais, o visą vamzdynų tinklą užbaigė 2026 metais. Nurodoma, kad dalis patalpų vėsesnį orą gaudavo ir anksčiau, dar nebaigus visos sistemos.

    Veikimo principas paprastas: oras įtraukiamas per įsiurbimo angą, keliauja per požeminę trasą ir į namus grįžta vėsesnis, nei buvo lauke. Karščiausiomis dienomis net kelių laipsnių skirtumas gali sumažinti perkaitimo pojūtį, ypač jei kartu naudojami šešėliavimas ir sandarumo sprendimai.

    Nuo tradicinio kondicionieriaus šis metodas skiriasi tuo, ko jame nėra: nėra kompresoriaus, nereikia šaltnešio ir išorinio kondensatoriaus, kuris išpūstų šilumą į lauką. Dėl to potencialiai mažėja elektros sąnaudos, triukšmas ir priežiūros poreikis, nors įrengimo darbai gali būti sudėtingi ir reikalauti kruopštaus projektavimo.

    Inžinieriai atkreipia dėmesį, kad tokiose sistemose svarbiausios rizikos yra kondensatas ir higiena. Netinkamai suprojektuotuose vamzdynuose gali kauptis drėgmė, todėl būtini sprendimai vandens nuvedimui, filtravimui ir lengvai prižiūrimai įsiurbimo daliai.

    Pastaraisiais metais dėl karščio bangų ir augančių energijos kainų daugėja susidomėjimo pasyviais vėsinimo būdais. Požeminis šilumos mainų principas dažniau taikomas kaip vėdinimo oro paruošimas, o ne visiškas kondicionieriaus pakaitalas, tačiau gerai parinktas sprendinys gali pastebimai sumažinti poreikį intensyviai šaldyti patalpas.