Kā nākamās paaudzes audumi vēsinās vasaras karstumā

Gaisa kondicionēšana patērē satriecošus 5 procentus no visas ASV saražotās elektroenerģijas. Tas ir milzīgs resursu daudzums, kas burtiski katru gadu kļūst karstā gaisā. Tāpēc pat nelieliem sasniegumiem, kas palīdz cilvēkiem saglabāt mieru, var būt nozīmīga ietekme.

Šodien Džonatans Tongs un draugi no MIT atklāj savu pieeju problēmai — izstrādā audumus, kas ļauj efektīvāk izstarot siltumu no ķermeņa.

Lielākā daļa drēbju ir ne tikai necaurredzamas redzamai gaismai, bet arī infrasarkanajam staram. Tas aiztur infrasarkano starojumu, izraisot ķermeņa uzkaršanu. Tas ir ērti, ja ir auksts, bet ne tik labi, kad ir karsts.

Tāpēc Tongs un citi ir radījuši risinājumu. Izveidojiet materiālu, kas ir necaurredzams redzamai gaismai, bet caurspīdīgs infrasarkanajā starā.

Viņu pieeja ir vienkārša. Tongs un kolēģi saka, ka cilvēka ķermenis izstaro siltumu galvenokārt vidējā un tālā infrasarkanajā starā, tāpēc viņu audumam jābūt caurspīdīgam šajās spektra daļās.

Lai saprastu izaicinājumu, viņi ir izmērījuši parasto apģērba materiālu, piemēram, kokvilnas un poliestera audumu, caurlaidības īpašības, kas kopā veido gandrīz 80 procentus no visas tekstilšķiedru ražošanas. Šie materiāli pārraida tikai aptuveni 1 procentu no infrasarkanās gaismas, kas tos skar.

Turpretim kokvilna un poliesteris pārraida no 30 līdz 40 procentiem redzamās gaismas, tāpēc tie ir caurspīdīgāki redzes diapazonā nekā infrasarkanajā starā. Komanda saka, ka šie materiāli šķiet necaurredzami, jo tie atstaro vairāk gaismas nekā pārraida, un cilvēka acs ir tikai pietiekami jutīga, lai uztvertu atstaroto gaismu. (Patiesi, parasti ir viegli redzēt cauri šiem materiāliem, ja turat tos pret acīm.)

Ir divi iemesli, kāpēc kokvilna un poliesters ir tik necaurredzami infrasarkanajā starā. Pirmais ir tas, ka molekulas saliecas un griežas daudzās infrasarkanajās frekvencēs un tik spēcīgi absorbē gaismu šajās frekvencēs. Un tā kā jebkurš audums ir daudzu tūkstošu molekulu biezs, gandrīz visa infrasarkanā gaisma tiek absorbēta.

Otrkārt, pašas šķiedras ir aptuveni tāda paša izmēra kā infrasarkanās gaismas viļņa garums un tādējādi to efektīvi izkliedē. Tas liek materiāliem spēcīgi atstarot infrasarkano gaismu. Tāpēc infrasarkanajos attēlos šie materiāli bieži parādās baltā krāsā.

Tas izvirza divus izaicinājumus Tongam un citiem. To jaunajiem materiāliem jābūt ievērojami mazāk absorbētiem infrasarkano staru, un tiem jābūt izgatavotiem no šķiedrām, kas to neizkliedē tik spēcīgi.

Uzreiz prātā nāk divi mākslīgie materiāli. Pirmais ir polietilēns, kas izgatavots no atkārtotiem etilēna monomēriem, kas savienojas, veidojot dažāda garuma molekulas. Tam ir ļoti maz vibrācijas un rotācijas režīmu infrasarkanajās frekvencēs, un tāpēc tas ir daudz mazāk absorbējošs.

Otrais ir neilons, kam ir līdzīga molekulārā struktūra kā polietilēnam, pievienojot amīdu ķīmisko grupu. Šī papildu grupa padara neilonu labāk absorbējošu infrasarkanajā starā, lai gan ne tuvu nav tik absorbējošs kā kokvilna vai poliesteris izšķirošajā 10 mikrometru diapazonā, kur cilvēka ķermenis izstaro lielāko daļu sava siltuma.

Tongam un citiem ir vēl viens triks. Viņi norāda, ka, padarot šķiedras mazākas, tās izkliedēs un atstaro infrasarkano gaismu mazāk spēcīgi. Tātad cauri izies vairāk infrasarkanās gaismas.

Tam ir papildu ieguvums. Neilons un poliesteris diezgan labi pārraida redzamo gaismu, bet, samazinot šķiedru izmēru līdz redzamās gaismas izmēram, šķiedras to izkliedēs spēcīgāk. Tam vajadzētu nodrošināt, ka šie materiāli cilvēka acij izskatās necaurspīdīgi.

Komanda turpina aprēķināt efektu, ko rada neilona vai poliestera auduma valkāšana, kas izgatavota no šķiedrām, kuru diametrs ir viens mikrometrs un ieaustas 30 mikrometru biezā dzijā. Šie aprēķini liecina, ka palielinātā infrasarkanā caurlaidība nodrošinātu vismaz 23 vatu dzesēšanu. Būtiski, ka šiem materiāliem redzamajos viļņu garumos joprojām jābūt necaurspīdīgiem.

Viņi secina, ka infrasarkanais caurspīdīgs, redzami necaurspīdīgs audums nodrošina vienkāršu risinājumu, lai samazinātu HVAC sistēmu enerģijas patēriņu, nodrošinot augstākas temperatūras iestatījumu vērtības vasarā.

Protams, ir daži brīdinājumi. Pirmkārt, šie materiāli ir jākrāso estētisku iemeslu dēļ, pirms tos var plaši izmantot mazumtirdzniecībā. Šo krāsvielu ietekme uz infrasarkano staru caurlaidību vēl nav skaidra.

Vēl viens faktors ir ūdens porainība. Tas būtiski ietekmē komfortu, jo lielu ķermeņa dzesēšanu rada sviedru iztvaikošana. Ja ūdens nevar iziet cauri šiem materiāliem, tie, visticamāk, būs neērti valkāt.

Un valkājamība būs svarīga pati par sevi. Šiem materiāliem būs jābūt mīkstiem uz tausti un ērtiem valkāšanai — faktoriem, kurus ir grūti noteikt, veicot šādu pētījumu. Pēc tam ir izturība un mazgājamība — svarīgi faktori daudzos lēmumos par pirkumu.

Visbeidzot, ir jautājums par privātumu. Infrasarkanās kameras kļūst arvien lētākas un izplatītākas, un ikviens, kas valkā šos audumus, šīm kamerām liksies vairāk vai mazāk kails. Tongs un citi savā dokumentā to nepiemin, taču tas, visticamāk, būs svarīgs apsvērums pasaulē, kurā apkaunojoši attēli var izplatīties visā pasaulē acumirklī.

Viens no risinājumiem varētu būt materiāla sajaukšana ar citiem biežāk sastopamiem materiāliem, taču atkal ir rūpīgi jānosaka tā ietekme uz infrasarkano staru caurlaidību. Ir skaidrs, ka visās šajās jomās ir vajadzīgs vairāk darba.

Tomēr tas ir interesants skatījums uz svarīgu problēmu, kas varētu būtiski ietekmēt enerģijas patēriņu vietās, kur gaisa kondicionēšana ir plaši izplatīta.

Atsauce: arxiv.org/abs/1507.04269 : Infrasarkanie-caurspīdīgi, redzami-necaurredzami audumi valkājamai personīgai siltuma pārvaldībai

paslēpties