Проект "Чёрное или белое?". Лучшие светоотражающие покрытия для крыши Улучшенное получение энергии
В основе этого нового материала кремния, который после кислорода является самым распространенным элементом на планете.
Разрушительная сила солнечного света огромна. Даже самые устойчивые структуры разрушаются просто под действием солнечного тепла. Для борьбы с этой естественной убылью, команда ученых из отдела прикладной физики при Университета Джонса Хопкинса (США) разработала новую краску, которая побуждает солнечный свет отражаться даже от металлических материалов, а следовательно не повышать температуру поверхности, а также продлевать срок ее службы.
«Большинство структур, присутствующих в автомобилях и домах на основе полимеров, разрушаются под воздействием ультрафиолетовых лучей солнечного света. Так что со временем они, в конце концов, теряют свой цвет и свои свойства. Кроме того, полимеры также имеют тенденцию выделять летучие органические соединения, которые могут нанести ущерб окружающей среде», сообщает руководитель исследования Джейсон Бенкоски.
Затем ученые обратили внимание на кремний. Его модифицированная версия в виде силикатного калия обычно растворяется в воде, они преобразовали это соединение, так что при распылении на поверхность она высыхает, становясь водостойкой не теряя свои свойства.
В отличие от акрила или другой краски, эта поверхность практически неорганическая, что продлевает ее срок службы. Он разработана так, чтобы сохранять металлическую поверхность, предотвращать растрескивание и ухудшение металлических поверхностей за счет отражения всего солнечного света. Она не поглощают солнечный свет, за счет чего любая поверхность с ее покрытием будет оставаться такой как температура воздуха или даже немного ниже. Черепичные крыши, автомобили, корабли, электронные устройства – это практическое применение этой инновационной краски.
«Если мы сделаем краску способную сохранить температуры покрытой площади под температуру внешнего воздуха, то мы сможем снизить скорость коррозии и другие разрушения. Вы можете покрасить крышу своего дома, чтобы сохранить свежесть и в летнее время уменьшить за счет этого кондиционирование воздуха», сообщает Бенкоски.
Исследование было представлено Американскому химическому обществу (American Chemical Society ).
Бангладешский художник Тайеба Бегум Липи (Tayeba Begum Lipi) получает предметы, соединяя множество бритвенных лезвий. Острые металлические объекты превращаются в детские коляски, теннисную обувь, чувственные ткани, швейные машины и многое другое. ...
Когда вы были моложе, вас учили, что вулканы содержат центральную камеру, заполненную расплавленным материалом, называемым магмой. Но британское исследование утверждает, что внутри вулкана нет такого подземного пространства, только много маленьких...
Какого цвета одежду лучше носить летом?
Принято считать, что летняя одежда должна быть светлых цветов, так как позволяет отражать солнечные лучи, и в ней не так жарко человеку. Однако же, эксперты настоятельно рекомендуют в жаркие солнечные дни носить темную одежду. Именно она защитит нашу кожу от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей, способных вызвать рак кожи, утверждают ученые.
Наиболее важная задача в солнечную погоду - уберечь кожу от вредного влияния ультрафиолета. Для этого, считают исследователи, люди должны облачаться в темную одежду, а не в яркие гавайские рубахи. Желтые рубашки защищают от солнечных лучей хуже всего. Мало кому придет в голову надеть на себя черную или темно-синюю одежду в жаркий солнечный день, однако ученые из Каталонского университета, Испания, советуют выбирать именно эти цвета. Цвет ткани имеет колоссальное влияние на ее защитные свойства от ультрафиолетового излучения, объясняют специалисты.
В особенности хорош в этом аспекте темно-синий и красный цвета – они защищают кожу лучше всего.
Большинство людей, отдыхающих на курортах, рассчитывают на одежду для защиты от палящих солнечных лучей, хотя обычного солнцезащитного крема было бы вполне достаточно. Следует помнить, что белые футболки и облегающие маечки, а также мокрые купальные костюмы плохо защищают от ультрафиолетовых лучей.
 |
Всем известно, что для здорового организма умеренное воздействие солнечных лучей очень даже полезно. Под их действием организм человека начинает производить витамин D, необходимый для формирования костей и защищающий организм от остеопороза - истончения и ломкости костей, которому подвержены многие пожилые люди. Кроме того, легкий загар - это прекрасное косметическое средство, которое идет большинству женщин.
Вместе с тем излишек солнца может причинить значительный вред. Ежегодно ученые проводят множество исследований, последние из которых подтвердили тот факт, что ультрафиолет способен ускорить преждевременное старение кожи.
Несмотря на то, что время старения кожи передается по наследству через гены, многое зависит и от количества нашего пребывания на солнце.
Старение, вызванное солнечным светом, начинается в тончайшем слое клеток. Клетки рогового слоя становятся грубыми и уплотняются. Меланоциты начинают неравномерно распределять меланин, ткани эластина сжимаются, меняются коллагеновые структуры, постепенно разрушаются ткани, которые делают нашу кожу упругой и гладкой. В результате кожа становится неровной, шероховатой на ощупь.
Как узнать, стареет ли ваша кожа от солнца или нет?
Сравните кожу в тех местах, куда попадают солнечные лучи, с теми местами, куда они не попадают: к примеру, внутреннюю сторону руки с внешней и с лицом. Если вы заметите разницу, не расстраивайтесь, а защитите себя от дальнейших повреждений кожи.
Как защитить свою кожу?
Защитить себя от солнечных лучей не очень сложно. Для этого совсем не обязательно всю жизнь проводить в тени. Следует соблюдать несколько простых правил:
не оставаться на солнце слишком долгое время;
избегать часов максимальной солнечной активности;
регулярно наносить на кожу солнцезащитные средства.
Основным компонентом солнцезащитной косметики являются вещества, способные поглощать ультрафиолетовые лучи солнечного спектра. В зависимости от спектра поглощения, они делятся на UVA- и UVB-фильтры
. Кроме того, существует ряд универсальных фильтров, противостоящих лучам обоих спектров.
Ожоги и болевые ощущения нам доставляют UVB-фильтры. А именно UVA виноваты в раннем появлении морщин, уменьшая упругость и эластичность кожи. Эти лучи действуют незаметно, не вызывая у человека дискомфорта или болевых ощущений. А раз человек не может их заметить, то, следовательно, не может избежать их в последующем. Поэтому эффективную защиту от лучей А специалисты считают основным средством сохранения молодости кожи.
 |
Каждое солнцезащитное средство имеет индекс защиты от солнца, который обозначается цифрами. Все современные кремы имеют два таких индекса. Первый SPF - обозначает уровень защиты от ультрафиолетовых b-лучей (UVB), второй - UVA - степень защиты от ультрафиолетовых a-лучей.
Кожа обычного человека начинает краснеть в среднем в течение 6-10 минут после появления на солнце. Обозначение SPF 12, например, сообщает, что кожа будет защищена от появления покраснения в течение 72-120 минут.
Существует еще одна зависимость. Крем SPF 15 блокирует от попадания на кожу примерно 93% UVB-лучей. Крем SPF 30 блокирует 97%. Крем SPF 50 блокирует 99%. Разница между 93, 97 и 99 процентами может показаться незначительной, однако если кожа слишком болезненно реагирует на солнечные лучи или имеется предрасположенность к раку кожи, дополнительные несколько процентов защиты сыграют решающую роль. Кроме того, обращаем внимание на то, что ни один крем не способен уловить 100% UV-излучения.
Чем больше численное значение индекса, тем выше уровень его защиты. Соответственно для нерасположенных к загару людей - индекс должен быть выше, для хорошо загорающих фототипов - ниже.
UVA PF до 2,7
- низкая защита (непродолжительная)
UVA PF от 2,8 до 5,4
- средняя защита
UVA PF от 5,5 до 8,1
- высокая защита (долговременная)
UVA PF более 8,2
- сверхвысокая защита.
Для людей с кожей, склонной к покраснениям и ожогам, оптимальными значениями будут являться - для SPF диапазон от 40 до 50, для UVA -15.
Как правильно наносить солнцезащитный крем?
Очень важным моментом является правильное нанесение крема, не стоит экономить крем - если крем наносить тонким слоем, то он не будет действовать вообще, или будет действовать неадекватно своему изначальному индексу. Крем наносится на всю поверхность тела, контактирующую с солнечным излучением (не забывайте про уши, область вокруг глаз и рта).
Ну и, кроме того, необходимо помнить, что наносить солнцезащитные препараты нужно за 10-15 минут до выхода на солнце - именно столько времени необходимо для того, чтобы защита начала действовать.
 |
Если, несмотря на все приложенные усилия, кожа все-таки покраснела, следует:
немедленно уйти с солнца и одеться;
нанести на обожженный участок кожи успокаивающее средство, которое снимет раздражение и увлажнит кожу;
можно воспользоваться народными средствами - молоком, кефиром или простоквашей, компрессами из крепкого чая;
вечером лечь спать обнаженным, насыпав на простыни детскую присыпку, которая будет препятствовать трению кожи о постельное белье.
Облупившуюся после ожога кожу ни в коем случае нельзя даже ненадолго подставлять под солнечные лучи, так как она еще слишком нежна и чувствительна.
Снова позагорать можно будет только спустя несколько недель, когда кожа полностью заживет. Использование при этом солнцезащитного средства с высоким фактором защиты, не ниже SPF 25-30, обязательно.
Кроме того, не стоит забывать о том, что риск заболеть раком кожи повышается с каждым новым ожогом.
Чтобы устранить конфликт между психологией людей и необходимостью сбережения энергии, группа учёных придумала белую краску, которая выглядит как чёрная. Визуальный обман позволит экономить ежегодно тысячи тонн топлива.
Всем известно, почему летом люди надевают, как правило, светлую одежду. Не из-за моды, главным образом, а из-за того банального факта, что белый цвет — хорошо отражает солнечные лучи.
Но когда речь заходит о покрытии зданий, почему-то логика уступает место моде.
Так, покрытия крыш очень часто делают тёмно-коричневыми или тёмно-зелёными. Другие тёмные цвета (вплоть до чёрного) — также встречаются нередко.
Учёные посчитали, что повышение коэффициента отражения крыши, к примеру, с 20% (обычная серая краска) до 55% (обычная «почти-белая» краска) — сократило бы расход энергии на кондиционирование на 20%.
А ведь покрытия, которые отражают и вовсе лишь 4-8% солнечного цвета, по статистике, также немало распространены.
Речь, прежде всего, о США, где группа учёных озаботилась проблемой «неправильных» крыш. В этой стране кондиционеры дают ощутимую долю в национальном потреблении энергии.
То же справедливо и в отношении многих других жарких стран. И даже в холодной России едва ли кто отказался бы сократить свои счета за электричество, которое тратится летом.
Памятуя о бережном отношении к природе-матушке, Хашем Акбари (Hashem Akbari) и его коллеги из лаборатории Беркли (Berkeley Lab) несколько лет назад приступили к поиску выхода из ситуации.
Кажется, дело то — элементарное. Нужно просто красить крыши белым. Но, как оказалось, американцы не хотят этого делать (думаем, то же можно сказать о жителях большинства других стран, в которых также преобладают неэкономичные тёмные крыши).
Ведь крыши — важный элемент дизайна дома. И массы предпочитают яркие тона: кирпично-красный, тёмно-зелёный, различные оттенки коричневого или синего.
Скучный и блёклый белый или светло-серый — почти никто не желает и знать.
Поскольку изменить привычки миллионов учёные не могли, решили: «Что ж, мы не ищем лёгких путей». И разработали-таки материалы, которые выглядят тёмными, но на деле отражают значительную часть солнечной радиации.
Проделали этот фокус в отделении экологических энергетических технологий лаборатории Беркли (Environmental Energy Technologies Division), где собственно Акбари и работает.
Сама идея элементарна и изящна — нужно было создать покрытия, которые обладали бы огромной отражающей способностью в ближнем инфракрасном спектре, в котором Солнце излучает более половины своей энергии.
Но вот воплощение идеи оказалось не простым. Ведь добавляя разнообразные вещества в краски или иные цветные материалы (пластик, керамическая черепица и так далее), нужно было добиться внешнего сходства с обычными «горячими» покрытиями.
Учёным пришлось перепробовать уйму сочетаний пигментов, учитывая их влияние друг на друга, и ещё подобрать их индивидуально к различным цветам и типам покрытий.
В лаборатории даже компьютерную программу специальную написали, чтобы анализировать поглощение и рассеивание излучения смесью веществ выборочно — на отдельных узких частотах.
А в результате американцы создали такие материалы, которые, будучи внешне неотличимыми от коричневого, тёмно-красного или зелёного, так любимыми домовладельцами (и строителями), отражают в несколько раз больше солнечной энергии.
При этом физики подумали и о технологии изготовления покрытий из этих материалов.
Самое интересное, усилия лаборатории Беркли не пропали даром — при содействии её учёных целый ряд производителей покрытий для крыш (не только в США) с недавних пор ввёл в свою программу так «холодные-тёплые» материалы.
Холодные — по фактическому нагреву от Солнца, а тёплые — по визуальной тональности цвета.
Распределение излучения Солнца по частотам (иллюстрация с сайта lbl.gov).
Некоторые промышленники почти полностью перешли на новые краски. А в Калифорнии даже разработали стандарт, призванный сделать «холодные крыши» обычными при строительстве новых домов.
Больше всего учёным пришлось возиться с так называемой мягкой черепицей (а она — одно из самых популярных покрытий в мире).
Такие плитки состоят из стекловолоконных листов, покрытых битумом, на который напыляют мельчайшую базальтовую или каменную крошку с красителем.
Адаптировать идею инфракрасных пигментов к этим гранулам было непросто, но вот недавно в Беркли объявили о создании их промышленными партнёрами первых образцов таких мягких плиток — тёмных и даже совершенно чёрных на вид, но «белых» в смысле отражения энергии. Скоро они появятся в продаже.
Создано 18.06.2011 09:03 Автор: NataKon Приходило ли вам когда-нибудь в голову, что неисчерпаемый, как само солнце, источник энергии можно будет хранить в баллончике и при необходимости наносить на любую мало-мальски подходящую поверхность? Меж тем так называемые «напыляемые» солнечные элементы уже существуют и продолжают активно совершенствоваться! Инженер-химик Брайан Коргел из Техасского Университета в Остине (США) уверен, что «солнечные панели скоро можно будет рисовать на стенах и крышах зданий красками из наночастиц». По его словам, процесс использования новой нано-краски сможет вскоре заменить стандартный (относительно дорогой) высокотемпературный метод изготовления солнечных панелей.
Напыляемые солнечные элементы – “почти газетная” печать от специалистов Техасского Университета
«На данный момент наша исследовательская группа занимается изготовлением нанокристаллов. Мы берем элементы группы "CIGS " – медь, индий, галлий, селенид – и формируем из этих неорганических [светопоглощающих] материалов мелкие частицы, которые затем помещаются в растворитель, создавая таким образом чернила или краску», - поясняет Коргел. Эта солнечная «краска» выполняет те же функции, что и громоздкие фотогальванические солнечные коллекторы на крышах зданий и на «солнечных фермах» по всему миру. Крошечные коллекторы Коргел называет «солнечными бутербродами», верхняя и нижняя части которых представлены металлическими контактами, а середина – светопоглощающим слоем.
"Солнечная краска" может распыляться на пластиковые, стеклянные и тканевые поверхности, превращая их в солнечные элементы. Процесс этот чем-то напоминает газетную печать. Подложка может быть слегка гибкой (к примеру, представлять собой ровный лист пластика, металлической фольги или даже лист бумаги). Толщина слоя используемых в краске CIGS наночастиц, к слову, в 10000 раз меньше человеческого волоса.
Отдельные элементы могут собираться в солнечные панели (согласно NREL - по 40 элементов на одну панель), обеспечивая электричеством жилые дома и промышленные предприятия. Единственное «но» заключается в том, что для рентабельности промышленного изготовления «краски» эффективность преобразования солнечного света должна составить 10%. Пока что это значение не превышает 3%, но исследователи надеются, что им удастся повысить его до необходимого уровня.
Напыляемые солнечные элементы – «зеленое» электричество для микроскопических устройств
Исследователи Университета Южной Флориды разработали столь крошечные солнечные элементы, что их можно просто распылять на стены, крыши и любые другие освещаемые солнцем поверхности. Эти элементы способны питать только очень мелкие устройства, так как их размеры не превышают 1мм в длину. Органические полимеры, используемые вместо кремния, позволили д-ру Цзян Сяомэй создать легкорастворимые фотоэлементы, которые могут наноситься на любой приспособленный для этого материал. Комплекс из 20 таких элементов производит электроэнергию напряжением 8 вольт, которую исследователи использовали для работы датчиков из нанотрубок, предназначенных для обнаружения опасных химикатов.
Кроме того, американская компания New Energy Technologies недавно представила протестированную Университетом Южной Флориды разработку «Солнечных окон» (“SolarWindow”). Эта напыленная на стеклянную поверхность солнечная панель, по утверждению разработчиков, способна производить электроэнергию даже из искусственного света внутри помещений. Для ее создания использовались все те же крошечные солнечные элементы , разработанные Цзян Сяомэй.
Завод по производству напыляемых солнечных элементов в Австралии
Исследователи Австралийского национального университета совместно с представителями компаний Spark Solar Australia и Braggone Oy работают над трехлетним проектом по разработке дешевых и высокоэффективных напыляемых солнечных панелей. Традиционно фотоэлементы изготавливаются из кремния, покрытого тонким противоотражающим слоем нитрата кремния. Дороговизна их производства объясняется, в частности, необходимостью проведения процесса в условиях вакуума. Новый метод использует напыляемую водородную пленку и напыляемую же противоотражающую пленку (вакуум при этом не нужен). Солнечные элементы проходят через конвейер, где и происходит напыление пленок. Этот упрощенный метод позволит средних размеров заводу сэкономить на капитальном оборудовании до $ 5 млн., т.е. выпускаемые солнечные панели окажутся в итоге намного более дешевыми.
Основанный Spark Solar «солнечный» завод станет самым крупным поставщиком солнечных элементов в Южном полушарии. Будущее месторасположение его все еще уточняется (рассматриваются варианты Аделаиды, Джилонга, Воллонгонга, Квенбейана, и Канберры). Первые солнечные элементы были выпущены уже в конце 2010 года, в целом же предполагаемый годичный объем производимой продукции составит более 10 миллионов фотоэлементов, при этом доходы от экспорта ожидаются на уровне 135 млн. австралийских долларов в год.
Напыляемые солнечные элементы – новые возможности для окон эко-домов
Норвежская компания EnSol AS совместно с командой ученых Лестерского университета разработала запатентованную конструкцию солнечного элемента, в которой используются металлические частицы диаметром около 10 нанометров. Это свое изобретение ученые планируют использовать для превращения в солнечные электрогенераторы самолетов и зданий (в том числе окон). Наносить «краску» из новых тонкопленочных фотоэлементов можно будет на любую плоскую поверхность.
Предлагаемая технология была опробована, но все еще дорабатывается. Прежде чем выпустить ее на рынок в к 2016 году, разработчики надеются повысить эффективность изобретения до 20%. Так или иначе, покрытый тонкой прозрачной пленкой фотоэлементов материал от EnSol уже показал себя лучше, чем многие из существующих и параллельно разрабатываемых конкурентами технологий.
Итак, подводя итоги
Тот факт, что «солнечный» материал может использоваться в виде напыляемой краски, существенно расширяет возможности создания «мобильного» электричества.
Небо, затянутое тучами, работе «солнечной краске» не помеха, так как напыляемые фотоэлементы способны улавливать не только ультрафиолет, но и инфракрасное солнечное излучение.
Покрытие транспортного средства подобным материалом сможет, теоретически, обеспечить постоянную подзарядку батарей.
Еще больше электроэнергии будет вырабатываться при нанесении его на поверхность крыш и/или окон. Кроме того, подобные солнечные элементы будут лучше выдерживать непогоду, чем большинство нынешних хрупких солнечных коллекторов.
Однако
Поскольку эффективность фотоэлементов зависит от степени поглощения солнечного света, пользователям придется периодически очищать «покрашенные» солнечной «краской» стены и крыши. Работы Австралийского национального университета, касающиеся возможности использования напяемых солнечных панелей в помещении, продолжаются, завершение их запланировано на конец 2011 года.
Нагревание поверхности объектов под действием солнечных лучей, это физический процесс, от которого никуда не деться. Ясно, что вреда от него уйма, и выгорают даже самые яркие краски, теряя декоративность, и материалы быстрее выходят из строя, и температура внутри повышается. На сегодня в ходу единственный вариант противодействия – белый цвет, который практически не притягивает излучение, но это явно не выход из ситуации.
А выход изобрел американец, ученый из балтиморского университета, основанного Джоном Хопкинсом. Это заведение считается в Штатах кузницей лауреатов нобелевки и других, не менее желанных наград в сфере науки и техники. Вот и доктор Бенкоски вполне может претендовать на лавры, изобретя столь полезное вещество – краску с отражающей способностью на базе стекла.
Основной компонент он получает из силиката калия. Это соль кремниевой кислоты, полностью растворяющаяся в воде.
Дисперсия распыляется на поверхности и по мере высыхания создает своеобразный панцирь, обладающий выдающимися характеристиками.
- Водостойкий, как и любая стекляшка.
- Эластичный, что совсем нехарактерно для стекла, но отличительный признак нового красителя. Он растягивается при расширении и принимает исходную форму по мере остывания, оставаясь цельным, никаких трещин. То есть, окрашенный металл будет спокойно «играть» без вреда для покрытия.
- Безопасный, в отличие от большинства современных составов, содержащих агрессивные летучие соединения, отрицательно сказывающиеся на экологии.
- Прочный – в отличие от органики, используемой в полимерных красителях, силикат при кристаллизации образует устойчивое покрытие, которому не страшны механические воздействия.
Добавлением в состав пигментов с различными свойствами можно корректировать и характеристики краски, усиливая отражение или повышая прочность и эластичность. Что касается сферы применения, то она практически безгранична, хотя доктор наук ставил своей целью защитить достояние флота – военные крейсера. Морская вода в соединении с солнечными лучами разъедает любой из существующих ныне красителей, вот и возникла необходимость придумать новый, чтобы сохранить армады.
Приятной неожиданностью стал факт, что изобретение можно использовать и для зданий, это позволит сэкономить на системах охлаждения. Кровельные материалы с подобным покрытием и служить будут дольше, и комфорт хозяевам обеспечат. Даже спортивные комплексы на детских площадках не будут греться, и жечь нежные ребячьи ладошки.
На дополнительные исследования и испытания потребуется пара лет. А если вам интересно чисто практическое использование лакокрасочных материалов в частном строительстве, к вашим услугам раздел сайта FORUMHOUSE . Пока краску тестируют, вы можете посмотреть видео о покрытиях для металлочерепицы , применяемых уже сегодня или почитать о