Общеизвестно, что затенение помещений через блокирование попадания солнечного света внутрь здания помогает охлаждать их. Но совсем недавно ученые решили улучшить этот подход, применяемый в том числе и для пассивного охлаждения серверов в ЦОД, машзалы которых, как правило, строятся без окон.
В ходе экспериментов исследователи из Университета штата Нью-Йорк в Буффало (США) стремились создать систему, которая улавливает нежелательное тепло, генерируемое солнечным излучением, и выбрасывает это лишнее тепло в космическое пространство, тем самым замедляя глобальное потепление и решая ряд других важных задач.
Они разработали специальные покрытия для внешних стен и крыш зданий из полимерной и алюминиевой пленки, которые передают тепло в космос без использования электричества. По словам экспертов, эта технология может значительно сократить расходы на охлаждение ЦОД в будущем.
При разработке подобных систем пассивного охлаждения возникают трудности двух видов. Во-первых, оптимально перенаправлять потоки тепла по воздуху сложно. Обычно тепловые выбросы распространяются во всех направлениях.
Это может привести к перенаправлению тепловой энергии туда, где она не нужна – например, в другие здания, расположенные по соседству. Но американские исследователи, по их совам, недавно выяснили, как «перемещать поток тепловой энергии в нужном направлении в виде сфокусированных узких лучей».
Во-вторых, в основе подобных систем пассивного охлаждения, как правило, лежит ночной эффект. Лучше всего это можно описать по аналогии с асфальтовым дорожным покрытием, которое поглощает солнечные лучи в течение дня и излучает тепло ночью, когда окружающий воздух охлаждается из-за отсутствия солнечного света.
Но, как отмечают исследователи, их система эффективно работает даже в течение дня. Она состоит из устанавливаемых на крыше коробок, изготавливаемых с применением комбинированного алюминиево-полимерного пленочного покрытия.
Алюминиевая пленка прикрепляется к нижней части коробки (на фото выше). Пленка предотвращает нагревание области вокруг крыши за счет поглощения тепла. Полимер поглощает тепло из воздуха в коробке и передает «эту энергию через атмосферу Земли в космическое пространство».
Массовая установка таких коробок потенциально может защитить всю крышу от солнечного света, а также излучать тепловое излучение, испускаемое пленкой, в небо. При этом сам полимер, которым покрыты боковые внутренние стенки коробки, будет оставаться прохладным, что помешает его деградации.
Эта возможность перемещать излишки тепла в нужном направлении также решает проблему, связанную с тем, как заставить систему функционировать в городе — в этом случае тепло направляется прямо вверх, а не рассеивается в стороны, что потенциально ведет к его проникновению в соседние здания.
В ходе полевых испытаний исследователи из Университета в Буффало использовали прототип с размерами около 18 дюймов на 10 дюймов (45,7 на 25,4 см). Предполагается, что в будущем несколько таких коробок будут прикреплены к крыше здания, где проводится тест, что понизит нагрузку на систему кондиционирования воздуха.
Примечательно, что исследователи из Стэнфордского университета (США) также разрабатывают похожую систему пассивного охлаждения для зданий. Ранее мы уже писали о создаваемой ими технологии, которую можно использовать помимо прочего и для оптимизации температурного режима внутри центров обработки данных. Подробнее: Инженеры из Стэнфорда предлагают охлаждать CPU с помощью космоса
Напомним, что еще в 2014 году исследователи из Стэнфордского университета предложили использовать небо как один гигантский радиатор. Согласно их расчетам, экономия на охлаждении в случае использования такого подхода может составить порядка 21 процента.
Созданная исследователями система использует зеркальные панели и, как и решение от специалистов из Университета в Буффало, позволяет решить вторую основную проблему, связанную с пассивным охлаждением крыш: как заставить все работать в течение дня, когда солнечные лучи падают на поверхности объектов и нагревают окружающий воздух тепло.
Решением исследователей из Стэнфордского университета является отражение солнечного света от панелей в течение дня, чтобы накопленное тепло могло излучаться даже в солнечное время. Исследователи из Университета в Буффало, однако, говорят, что их подход, который предполагает использование специальных материалов, лучше. Они сравнивают свои коробки с фарой автомобиля, которая имеет определенную структуру, позволяющую фокусировать свет в определенном направлении.
