Южнокорейские исследователи из Научно-технологического института Тэгу-Кёнбук, Корейского передового научно-технологического института и Научно-технологического университета Пхохана предложили оригинальное решение для кондиционирования и отопления зданий, не требующее ни инженерных сетей, ни датчиков, ни электропитания. Учёные разработали автономное устройство, способное переключаться между режимами охлаждения и обогрева, реагируя на солнечный свет и температуру.
Внешне напоминающее цветок устройство «Ханак» автоматически открывается и закрывается, чтобы выделять либо поглощать тепло. Испытания прототипа в Южной Корее и климатические моделирования для пятнадцати других регионов показали, что устройство может работать на крышах и стенах зданий, снижая их потребность в отоплении и охлаждении.
Идея «Ханака» заимствована из древней архитектуры. Исследователи вдохновлялась конструкцией корейских ханаков и китайских чайных домиков, крыши которых по-разному поглощают солнечные лучи в разные сезоны. Принцип реализован в компактном модуле из элементов, напечатанных на 3D-принтере. Главные элементы здесь – это центральная пружина из сплава с памятью формы и четвёрка двуслойных подвижных лепестков. На их внешние поверхности нанесена плёнка для излучательного охлаждения, настроенная на длины тепловых волн 8--13 мкм (легко пропускаемые атмосферой), а внутренние поверхности покрыты сажей для наилучшего поглощения солнечного тепла.
Устройство работает благодаря сплаву с памятью формы. При повышенных температурах никель-титановая пружина удлиняется, сворачивая лепестки, которые перекрывают чёрный поглотитель тепла. Закрытый цветок отражает падающие на него снаружи солнечные лучи, одновременно обеспечивая излучение в космос тепла изнутри в среднем инфракрасном диапазоне. При пониженных температурах пружина «Ханака» сжимается, расправляя лепестки. Повернувшись на 90 градусов, они подставляют чёрную поверхность прямому воздействию солнечных лучей.
Сплав с памятью формы начинает переходить в аустенитную фазу при температуре около 35°C и в мартенситную фазу – около 4 °C. Между этими значениями лепестки занимают промежуточные положения. Открытая лучам солнца площадь меняется от нуля до 88 см² по мере изменения длины пружины примерно от 5 см до 2,5 см. Силовые характеристики пружины остаются стабильными: сплав с памятью формы развивает силу толкания до 9,8 Н при 40 °C и силу тяги до 2,5 Н при 0 °C.
Исследователи испытывали «Ханак» в Тэджонe летом и зимой. В августе лепестки оставались полностью открытыми по ночам, а вскоре после восхода солнца закрывались. В январе цветки оставалось открытыми круглые сутки, поддерживая режим солнечного обогрева, как и предполагалось. Результаты исследования изложены в научной статье здесь.
В зимних тестах открытый чёрный поглотитель нагревался до температуры на 51,3 °C выше температуры окружающей среды (6 °C). В летнем режиме система удерживалась на 6,1 °C ниже температуры окружающей среды (40 °C), обеспечивая охлаждающую нетто-мощность 36,1 Вт/кв. м.
Моделирование показало, что предложенная структура может снизить нагрузку на классические системы отопления и охлаждения во всех исследованных регионах. Способность «Ханака» работать под разными углами наклона, реагируя как на температуру, так и на солнечный свет, позволяет адаптировать его к различной архитектуре зданий.
Теги: энергоэффективное климатическое оборудование, древние технологии в помощь современному зодчеству, когда здания сберегают энергию, корейское климатическое ноу-хау.
______________________________
Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.