В 2024 году глобальная температура побила все рекорды: год выдался самым жарким за всю историю наблюдений. Средняя глобальная температура поверхности Земли в 2024 году была на 1,55 градуса по Цельсию выше среднего значения за период 1850-1900 годов. Исследователи по всему миру ищут способы охлаждения, доступные и энергоэффективные. В сегодняшнем дайджесте рассказываем об уже используемых новых технологиях и о новых методах и открытиях в области охлаждения.
Системы охлаждения умного города
Индийский город Палава, что недалеко от Мумбаи – живой проект «умного» города, собравший в себе множество инженерных решений для защиты от жары и борьбы с климатическими изменениями.
Согласно недавним исследованиям, максимальная температура поверхности земли в Палаве на 2-3°С ниже, чем в соседних городах. А с 2008 по 2023 год этот показатель снизился аж на 7°С. Вот какие технологии и решения этому поспособствовали:
- Городская планировка
Здания расположены так, чтобы тепло не задерживалось в городе, а естественная вентиляция работала эффективнее. Высотные постройки в городе усиливают потоки воздуха и закрывают своей тенью дворы и дороги, защищая их от солнца. Ориентация и соотношение окон к стенам зданий усиливают перекрестную вентиляцию.
- Светоотражающие материалы
Крыши и внешние стены зданий покрыты специальными красками и материалами с высоким индексом отражения солнечного излучения (SRI), чтобы минимизировать приток тепла и сохранить внутреннюю естественную прохладу, снижая потребность в искусственном охлаждении и уменьшая расход энергии.
- Зеленые насаждения
Проектировщики Палавы подумали не только об инженерных решениях, но и обратились к природе. Так, в Палаве растет более 32000 деревьев, множество кустарников, трав и прочих ландшафтных радостей, чтобы увеличить количество тени.
Кроме того, не только в Палаве, но и в Гуджарате, соседнем индийском штате, тестируют новые способы охлаждения городов. Так, в Ахмадабаде, одном из самых жарких городов штата, где в последние годы температура поднимается до 46°С, тестируют светоотражающую краску на крышах домов. В проекте участвуют более 400 домохозяйств из небогатых районов, и жители уже отмечают, что жить стало прохладнее, а счета за электричество уменьшились.
Интересно, что подобный проект уже реализовали в Буркина-Фасо, там за 2 года удалось снизить температуру в помещениях на 1,2°C в домах с жестяными и глиняными крышами и на 1,7°C в домах с жестяными крышами.
Перезаморозить Арктику
Ключевую роль в глобальном потеплении в 2024 году сыграл океан. Его температура оказалась самой высокой отметке за всю историю наблюдений, как на поверхности, так и на глубине до 2 000 метров.
Исследователи из Университета Пердью в США разработали модифицированный древесный материал для ускоренного образования льда в морской среде. Назвали его «ледяное дерево».
Кусок американской липы разделили на две части, одну подвергли частичной карбонизации, а другую обработали перекисью водорода и нагрели, чтобы извлечь оттуда лигнин. Затем эти две части снова соединили.
Удаление лигнина, который придает древесине характерный цвет, делает обработанную часть более белой и отражающей. В итоге получается материал с двойной поверхностью, причем каждая сторона имеет различные тепловые свойства.
Вся конструкция работает так: вода поднимается через естественные микроканалы ледяного дерева. Солнечное излучение нагревает карбонизированную темную часть, вода испаряется. Водяной пар повторно конденсируется на более холодной поверхности, из которой удалили лигнин. Вся конструкция позволяет поддерживать температуру ниже нуля, даже когда температура окружающего воздуха поднимается на несколько градусов выше нуля, что способствует образованию льда. В контролируемых испытаниях, проведенных в воде с температурой 2°C, поверхность ледяного дерева оставалась ниже нуля, несмотря на то, что температура окружающего воздуха достигала 7-8°C.
Новая фаза вещества для охлаждения
Физики из Национальной лаборатории Брукхейвена в США открыли ранее неизвестную фазу вещества, которую они охарактеризовали как «наполовину лед, наполовину огонь». Они обнаружили новую конфигурацию электронных спинов (собственный момент импульса элементарных частиц) – частично упорядоченных «холодных» и частично неупорядоченных «горячих», которые сосуществуют в одномерной модели ферримагнетика. Другими словами, открыли способность металла резко переключаться между фазами в пределах узкого температурного диапазона.
Уже известно, что в ферримагнитных материалах, содержащих стронций, медь, иридий и кислород, спины на медных атомах становятся неупорядоченными, а на иридиевых – упорядоченными при определенном внешнем магнитном поле. Новая фаза показывает противоположное поведение, а это может означать, что фазовые переходы можно точно контролировать.
Открытие будет полезным для магнито-калорического охлаждения, где большой скачок магнитной энтропии используется для создания охлаждающего цикла. Такой способ охлаждения применяется, например, в холодильных витринах.
