Сегодня я расскажу о технологиях, позволяющих создавать «умные» покрытия, которые управляют солнечным светом и теплом. Они выборочно пропускают нужный спектр, а лишнее тепло превращают в излучение, уходящее прямо в космос.
Современные теплицы — это сложные инженерные системы, где микроклимат регулируется с точностью, близкой к лабораторной. Но при всём этом у них есть старая и до сих пор нерешённая проблема — перегрев.
Летом температура под прозрачным покрытием может подниматься до 45°C и выше. Даже при открытых форточках и включённой вентиляции растения переживают тепловой стресс, из-за которого замедляется фотосинтез и падает урожайность. Снижение температуры всего на 4–5°C часто решает проблему. Но эта разница в несколько градусов может потребовать колоссальных энергозатрат.
Традиционные способы охлаждения, будь то активная вентиляция или кондиционирование, потребляют много энергии. Испарительное увлажнение тоже может снижать температуру, но расходует не только электричество, а ещё и воду.
У промышленных теплиц в жарком климате расходы на охлаждение могут быть настолько высокими, что себестоимость их продукции становится неконкурентной. Поэтому учёные продолжают поиск альтернативных способов борьбы с жарой без вентиляторов и фреона.
Главный источник избыточного тепла в теплице — это солнечный свет, отказаться от которого нельзя, ведь без него не будет и фотосинтеза. Однако сильнее всего греет не видимый свет, который используют растения, а инфракрасное излучение (ИК). В первую очередь, именно ИК-спектр греет воздух и конструкции.
Создание материалов, о которых мы будем говорить, — непростой и очень технологичный процесс. Но сами принципы, лежащие в основе их эффективности, не так уж и сложны. Есть три основных пути решения проблемы перегрева теплиц через управление световым потоком. О каждом из них расскажу просто и понятно.
Самая необычная стратегия — охлаждать теплицу не за счёт вентиляторов, а за счёт бесконечного холодного космоса.
Такой принцип называют radiative cooling или пассивным радиационным охлаждением. И да, звучит очень загадочно, но суть вполне понятна:
- Любое тело (камень, растение, крыша теплицы) излучает тепло в виде инфракрасных волн.
- Обычно это излучение задерживается атмосферой — тёплое тело нагревает воздух вокруг.
- Существует «окно прозрачности» для волн с длиной 8–13 мкм. Если тепло излучается в этом диапазоне, оно не нагревает воздух.
- Если тепловая энергия не нагревает воздух, значит, она беспрепятственно проходит через всю атмосферу, буквально «стекая» в космос.
Материалы, способные излучать именно в этом диапазоне, существуют. Это не что-то фантастическое. Чтобы сформировать из них структуру, которая будет остывать сама, нужно подобрать правильное сочетание этих материалов с другими компонентами, которые будут отражать большую часть солнечного света (чтобы избежать нагрева).
Если всё сделано правильно, температура такой поверхности может быть на несколько градусов ниже температуры воздуха — без какого-