Эта же система кровообращения может также охлаждать солнечные панели на крышах, позволяя им вырабатывать электроэнергию более эффективно, сообщают исследователи в онлайн-выпуске журнала Solar Energy Materials and Solar Cells от 29 июля.Система кровообращения функционирует так же, как у живых животных, в том числе у человека, которые содержат обширную сеть крошечных кровеносных сосудов у поверхности кожи, которые расширяются, когда нам жарко. Это позволяет циркулировать большему количеству крови, что способствует передаче тепла через нашу кожу в окружающий воздух.Точно так же новая система охлаждения окон содержит обширную сеть ультратонких каналов рядом с «кожей» окна — стеклопакетом — через которые можно перекачивать воду, когда окно горячее.
Каналы состоят из длинных узких желобов, отформованных в тонкий лист прозрачного силиконового каучука, который при натяжении на плоское стекло образует герметичные каналы.«Вода поступает с низкой температурой, течет рядом с горячим окном и уносит эту тепловую энергию», — сказал Бенджамин Хаттон, доктор философии, ведущий автор исследования. Хаттон, который сейчас является доцентом кафедры материаловедения и инженерии в Университете Торонто, был членом группы передовых технологий в Институте Висса.
Он работал над платформой Adaptive Material Technologies под руководством Джоанны Айзенберг, доктора философии, которая является основным преподавателем Института Висса, и профессором Эми Смит Берилсон по материаловедению в Гарвардской школе инженерных и прикладных наук.Современные методы теплоизоляции и строительства хорошо справляются с задачей предотвращения утечки тепла через стены, но передача тепла через стеклянные окна остается одним из основных препятствий для создания энергоэффективных зданий. В значительной степени это связано с тем, что молекулы в стекле поглощают инфракрасный свет солнца, нагревая окно, что значительно нагревает воздух внутри здания.Идея охлаждать стеклянные окна, когда они становятся горячими, возникла в результате работы по микрофлюидике Дона Ингбера, доктора медицины, доктора философии, директора-основателя Института Висса и его команды, работающей над биомиметическими микросистемами.
Ингбер также является профессором сосудистой биологии Джуды Фолкмана в Гарвардской медицинской школе и Бостонской детской больнице и профессором биоинженерии в Гарвардской школе инженерных и прикладных наук.Микрожидкостные устройства обеспечивают циркуляцию жидкости через крошечные ультратонкие каналы и обычно используются для создания небольших устройств для лабораторных исследований и клинической диагностики. Напротив, команда Ингбера разработала инновационный метод создания крупномасштабных микрофлюидных устройств для приложений "орган на чипе". Сначала они используют резак для винила — устройство с компьютерным управлением, которое вырезает замысловатые узоры на больших виниловых листах — чтобы создать пластиковую форму.
Затем они заливают жидкую силиконовую резину в форму, дают ей затвердеть и удаляют ее, в результате чего получается тонкий лист с длинными узкими желобами.Когда группа специалистов по микрофлюидике Ингбера встретилась с командой по адаптивным материалам Айзенберга на кросс-платформенных встречах, возникла идея, что эту технологию микрофлюидики можно применить к строительным материалам для управления теплопередачей, подобно тому, как капиллярный кровоток согревает ноги антарктических пингвинов, ожидающих своего часа. товарищи около Южного полюса.
Затем Хаттон и команда Института Висса создали и протестировали микрожидкостное оконное стекло площадью четыре дюйма. Они обнаружили, что, когда эти каналы были заполнены водой, они также были прозрачны для глаз — как раз то, что люди хотят в окнах, сказал Хаттон.Затем они использовали тепловую лампу, чтобы нагреть стекло с этой сосудистой сетью до 100 F — настолько жарко, насколько может быть окно в солнечный летний день.
С помощью специальной инфракрасной камеры они показали, что система кровообращения может легко охлаждать стекло.Затем команда Института Вайса работала с Мэтью Хэнкоком, математиком-прикладником из Института Броуда в Кембридже, штат Массачусетс, который разработал математическую модель, которая предсказывает, как система кровообращения будет работать с окнами нормального размера.
Они подсчитали, что если прокачать половину банки содовой воды через систему кровообращения окна, то полноразмерное оконное стекло охладится на целых 8 ° C (14 ° F). Энергия, необходимая для перекачивания воды, будет намного меньше тепловой энергии, поглощаемой водой. Это говорит о том, что установка охлаждаемых окон по всему зданию принесет большую чистую прибыль.«Идея использования уроков природы для создания своего рода живой кожи на здании является очень важным и многообещающим направлением того, как здания должны и будут строиться в будущем», — сказал Чак Хоберман, отмеченный наградами американский дизайнер, эксперт в адаптивная архитектура и приглашенный научный сотрудник Института Висса.
«Наша новая оконная технология сочетает в себе достижения микрофлюидики с творческим подходом к адаптивной архитектуре, и это своего рода междисциплинарное исследование, которое Институт Висса был разработан для содействия», — сказал Ингбер. «Мы оптимистично настроены в отношении того, что микрофлюидные окна будут иметь большое значение для более эффективного охлаждения наших домов и коммерческих зданий».Затем исследователи планируют объединиться с исследователями архитектуры, чтобы объединить свою математическую модель с существующим программным обеспечением для архитектурного моделирования энергии, чтобы увидеть, сколько энергии можно будет сэкономить с помощью микрофлюидных окон, если они будут установлены по всему зданию.Эта работа финансировалась Институтом Висса.
Помимо Хаттона, Айзенберга, Ингбера и Хэнкока, в исследовательскую группу входили: Ян Уилдон, доктор философии, бывший научный сотрудник Висс, который в настоящее время является доцентом кафедры химической и экологической инженерии в Калифорнийском университете в Риверсайде, и Маттиас Колле, доктор философии, научный сотрудник команды Айзенберга.