Институт Rensselaer получил грант для изучения систем обогрева и охлаждения на солнечной энергии

Представьте себе тепло, излучаемое стенами вашего дома в холодную зимнюю ночь, или стекло в окнах вашего дома, охлаждающее помещения в горячий летний полдень. А теперь представьте эти же системы, работающие от бесконечного и доступного источника энергии — солнца. Три года назад группа исследователей из Ренселеровского политехнического института (Rensselaer Polytechnic Institute, штат Нью-Йорк, США) начали разработку «умной» системы обогрева и охлаждения, которая сделала реализацию приведенного выше сценария (кажущегося слишком невероятным, чтобы быть правдой) возможной. Сегодня та же команда работает над вероятностью повышения эффективности системы и ее адаптацией к уменьшенной шкале микрометрических измерительных приборов. На финансирование данных исследований Национальным Научным Фондом (National Science Foundation — NSF) выделен грант в размере $300 тыс. сроком на три года.

Разработанная доцентом архитектуры Ренселеровского Института Стивеном Ван Десселем (Steven Van Dessel) запатентованная система активной оболочки здания (Active Building Envelope — ABE) использует фотоэлектрическую систему для сбора и преобразования солнечного света в электрическую энергию. Затем эта электроэнергия подается на систему теплоэлектрических насосов, встроенных в оболочку здания (стены, окна и крыша). В зависимости от направления электрического тока, который подается на насосы, солнечная энергия может активно использоваться для того, чтобы нагревать или охлаждать внутренние помещения. Имеется также встроенный механизм сохранения энергии для хранения излишка электроэнергии и ее использования в случаях, когда солнечный свет слабый или отсутствует.

Оригинальная система АВЕ использует солнечные панели, размещаемые снаружи на стенах или крыше здания. Теплоэлектрические насосы размерами примерно в один квадратный дюйм каждый распределяются по всей поверхностной оболочке здания. Так как эта система требует довольно много различных материалов, ее внедрение может быть дорогим и непрактичным. Кроме того, система АВЕ может быть установлена только на строящихся зданиях, так как термоэлектрические элементы необходимо размещать внутри стен, окон и крыши дома. Стивен Ван Дессель отмечает, что отображение системы АВЕ на микрометрической шкале дает возможность применять новый класс материалов, удельная тепловая проводимость которых не будет определяться лишь их толщиной. Вместо этого данные материалы будут напрямую взаимодействовать с окружающей средой и контролировать поток энергии. Он также говорит, что теоретически будущие системы, работающие на столь малой шкале, будут, вероятно, иметь преимущество перед большинством систем по стоимости и эффективности.

Система самообогрева и охлаждения, которую можно считать прототипом оригинальной системы АВЕ, установлена на крыше здания Студенческого союза в Ренселеровском политехническом институте. Новый грант Национального Научного Фонда позволит разработать и оптимизировать прототип системы применительно к микрометрической шкале. В свете последних достижений в области нанотехнологий и биотехнологий, по мнению Ван Десселя, данное исследование может также открыть теоретическую дорогу к разработке будущих АВЕ-материалов, действующих на молекулярном уровне.