Краска отталкивающая солнечные лучи. Краска, которая защищает любую поверхность от солнечных лучей. Видео – Гелиосистема, выкрашенная черной краской

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.

Гуженко Артём

В данной работе ученик пытается выяснить, действительно ли чёрный цвет сильнее притягивает солнечные лучи, а белый их отталкивает.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Исследовательская работа по теме «Чёрное или белое?»

Руководитель: Овсянникова М.Н.,

Учитель начальных классов

Однажды в жаркий летний день мы с мамой и папой собрались пойти на прогулку. Я надел чёрную футболку и тёмную кепку, но мама сказала, что в этой одежде мне будет жарко, так как чёрный цвет сильнее притягивает солнечные лучи. Я, конечно, послушал маму и переоделся в светлую одежду, но решил подумать над этим вопросом. Почему тогда в странах Африки живут люди с чёрным цветом кожи, ведь должно быть им очень жарко. И почему на холодном севере живут белые медведи, наверное, им холодно?

Проблема

Действительно ли белый цвет отражает солнечные лучи, а чёрный «притягивает» их?

Гипотезы

Возможно, лучи «не видят» белый цвет?

Предположим, что тёмная одежда просто ярче и заметнее.

Допустим, что это просто суеверная примета.

Цель

Выяснить, действительно ли чёрный цвет сильнее притягивает солнечные лучи, а белый их отталкивает.

Задачи

Познакомиться с дополнительной литературой и материалами интернета по данному вопросу;

Обратиться к учителю физики за консультацией;

Провести опыт для подтверждения или опровержения данного вопроса;

Подготовить презентацию - отчёт о проведённой работе.

Теоретическая часть

Сначала я решил выяснить, почему в Африке живут люди с чёрным цветом кожи. Если чёрный притягивает сильнее солнечные лучи, то этому народу не позавидуешь…

Из книг и энциклопедий я узнал, что согласно древней легенде, раньше все люди имели черный цвет кожи. Однажды они обнаружили озеро с водою, окрашивающей человека в белый цвет, который после уже не смывался. Люди пошли к этому озеру и, окунувшись в него, приобретали белый цвет кожи. Когда же дошла очередь до жителей Африки, воды в озере осталось уже настолько мало, что они смогли окунуть в воду всего лишь ладони рук и ступни ног. Вот почему африканцы черные.

Существует еще одно объяснение, почему в жарких странах есть люди с черной кожей, которое более похоже на правду, чем легенда.

Оказывается, кожа таких людей богата меланинами, то есть веществами, которые содержатся в коже, человеческих тканях, волосах и даже сетчатке глаза. Меланины широко распространены в растительных и животных тканях. Они определяют окраску кожи и волос, например масти лошадей, цвет перьев птиц, чешуи рыб. А еще меланины поглощают лучи ультрафиолета и, соответственно, защищают ткани от ожогов. То есть, природа сама придумала, как оберегать жителей жарких стран от ожогов и сделала их черными.... Так значит, люди с тёмным цветом кожи лучше защищены от ультрафиолета, а не от света или тепла. Вот и весь вопрос…

Но почему на холодном севере живут белые медведи? В месте обитания этих хищников очень холодно, поэтому каждый солнечный луч, дающий тепло ценен. А белый окрас шерсти медведей, должно быть, хорошо отражает свет – вот темная шерсть нагревалась бы гораздо лучше. Но тогда медведь среди льдов и снега стал бы издали виден. Бояться хищнику некого – при его размерах врагов у него просто нет. После запрета охоты на белых медведей они и людей бояться перестали. А вот маскировка на охоте очень даже нужна. Ведь среди белоснежного пейзажа только черные глаза, нос и губы выдают мишку, подбирающегося к добыче.

Оказывается, кожа белого медведя черная! А как же свет пробивается к телу через толстую шубу? На самом деле шерстинки полые (пустые) внутри, и лучи легко доходят до черной кожи, которой и передают тепло.

Из дополнительной литературы и от учителя физики я узнал, что все цвета, встречающиеся в природе, делят на ахроматические (бесцветные) и хроматические (цветные).

К ахроматическим относятся белый и черный, а также все серые цвета, которые получают смешением белого и черного цветов. Ахроматические цвета в спектре отсутствуют. В природе не существует таких тел, которые полностью отражали бы весь падающий на них световой поток, и все тела в той или иной мере поглощают свет.

Чёрные и белые цвета по-разному отражают свет. Самое сильное отражение имеет порошок окиси магния, являющийся самым белым предметом.

А вот лучше всего поглощает свет черный бархат, он кажется нам самым черным предметом.

Практическая часть

Для того, чтобы убедиться в том, что поверхности тёмного цвета лучше поглощает свет проведём эксперимент.

Нам понадобятся две пластмассовые бутылки с закрученными пробками. Одну бутылку выкрасим в чёрный цвет, другую обернем белым скотчем. Подвесим бутылки горлышками вниз, между ними поставим настольную лампу. Она должна располагаться довольно близко к бутылкам, на равном расстоянии от каждой.

Шилом проделаем в пробках отверстия, вставим в них прозрачные шланги. Свободные концы шлангов подвесим на уровне дна бутылок. В результате каждая бутылка со шлангом должна напоминать английскую букву «U».

Теперь полученную конструкцию необходимо наполнить водой. Снимем бутылки, отсоединим шланги. Нальем воду в первый шланг до половины, выльем ее в бутылку. Для наглядности добавим в воду марганцовку. Закрутим пробку, вставим шланг и подвесим бутылку. Жидкость заполнит нижнюю часть шланга. То же самое проделаем со второй бутылкой. Когда вся конструкция примет начальное положение, жидкости в двух шлангах должны находиться на одном уровне. Включим лампу и проследим за тем, что происходит.

Результат

После включения лампы, практически сразу начала свое движение вода в шланге, который подсоединен к черной бутылке. Она поднялась по шлангу вверх и начала выходить наружу. Вода из трубки, присоединенной к белой бутылке, поднялась незначительно. Что из этого следует? Включенная лампа нагревает бутылки и воздух в них. При нагревании воздух расширяется и давит на воду в шланге. Под давлением воздуха она поднимается вверх и достигает кончика шланга тем быстрее, чем быстрее будет нагреваться воздух, а, следовательно, и поверхность самой бутылки. Из опыта видно, что первой к финишу пришла вода из шланга, который соединён с чёрной бутылкой. Кроме цвета, бутылки ничем не отличались, условия эксперимента для них были одинаковыми. Из этого следует, что чёрные поверхности нагреваются быстрее.

Выводы

Таким образом, гипотезы, что лучи «не видят» белый цвет, что тёмная одежда просто ярче и заметнее или, что это просто суеверная примета не подтвердились.

В результате опыта я выяснил, что чёрный цвет лучше, чем белый, поглощает свет. Значит, действительно, в жаркую солнечную погоду нужно носить светлую одежду.

Практическая значимость

Материалы работы можно использовать на уроках окружающего мира и для бесед по профилактике солнечного или теплового удара с детьми в летнем оздоровительном лагере. ;

Администратор

Светоотражающие краски

Светоотражающие лакокрасочные покрытия продлевают срок службы вашей крыши тремя способами: отражая солнечный свет от поверхности и, следовательно, уменьшая теплопередачу в здании, уменьшая тепловое сжатие и расширение мембраны крыши (например, с Superec Flex Bedec) и помогая управлять и останавливать протечки крыши. Солнечная отражающая краска может помочь снизить затраты на энергию и просто улучшить эстетику крыши. Цена светоотражающей краски зависит от бренда и типа.

Светоотражающая краска для крыш

Как правило, белые отражающие покрытия, основаны на воде и более подходят для новых крыш из-за их низкой стоимости и простоты использования. Coo-Var Solar Reflective White Paint - это яркое белое акриловое покрытие, которое уменьшает тепловыделение внутри и снаружи здания. Его можно использовать на бетонных, деревянных, кирпичных и других поверхностях, а также это отличный выбор в качестве солнечной отражающей краски для плоских крыш в хорошем состоянии, но не рекомендуется для крыш, где часто собирается стоячая вода.

Светоотражающая краска для выветрившихся поверхностей

Поскольку более старые крыши нуждаются в повышенной гидроизоляции, чтобы сохранить водонепроницаемость, алюминиевая кровельная краска имеет тенденцию использоваться довольно часто. Поскольку эти продукты обычно являются теплоотражающей краской на основе растворителей и применяются в более толстых покрытиях, они являются более дорогостоящим вариантом.

Существует ряд причин для применения светоотражающего покрытия на вашей крыше, будь то передвижной дом, туристический трейлер или просто сарай, отражающее покрытие крыши, позволит продлить срок службы вашей крыши за счет уменьшения передачи тепла в конструкцию, тем самым уменьшая тепловой удар (расширение и сжатие крыши по мере того, как погода нагревается и охлаждается) и ограничивая количество утечек, которые испещряют поверхность. Хотя такой краской, можно покрыть почти любой тип крыши, наиболее распространенными являются металлические, полиуретановые, однослойные и встроенные системы крыш. Существует несколько различных типов кровельных покрытий на выбор. Следует выбирать самый идеальный тип для вашей ситуации.

Краска GacoRoof силиконовое светоотражающее покрытие крыши

Это одно из самых долговечных отражающих покрытий крыши на рынке. Силиконовое отражательное покрытие Rolex от GacoRoof поставляется с 50-летней гарантией материала, в значительной степени благодаря 100-процентной силиконовой эластомерной конструкции. Этот продукт отлично подходит для плоских крыш, потому что он достаточно прочен, чтобы противостоять воде. GacoRoof устойчив к солнечному свету, дождю, снегу и экстремальным температурам.

Краска Black Jack Эластомерное светоотражающее покрытие

Светоотражающее покрытие Black Jack - это белое силиконовое эластомерное покрытие крыши, что означает, что оно представляет собой полимер, имеющий эластичные свойства. Эти качества приводят к тому, что краска возвращается всегда до первоначальной формы, если она деформировалась. Свойства гибкости позволяет ей противостоять растрескиванию и поддерживать уплотнение по всей крыше. Лучше всего использовать ее на металлическом, плиточном или встроенном кровельном покрытии.

Традиционно летнюю одежду шьют из тканей светлых цветов. Считается, что светлая одежда отражает солнечные лучи, и человеку не так жарко на солнце. 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.

Люди, желающие уберечь себя от вредоносных ультрафиолетовых лучей, должны облачатся в темную одежду, а не в яркие гавайские рубахи, считают эксперты. 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», - рассказывает автор исследования, доктор Астенсьон Рива (Ascension Riva).

Традиционные для теплой погоды белый и желтый цвета подвергают человека большему риску появления рака кожи, утверждают ученые. А темные и более насыщенные цвета лучше поглощают солнечные лучи. В особенности хорош в этом аспекте темно-синий и красный цвета – они защищают кожу лучше всего. Об этом ученые рассказали на страницах журнала Industrial and Engineering Chemistry . В ходе работы они окрашивали одинаковую хлопковую ткань в различные оттенки красного, голубого и желтого цветов, а затем измеряли способность каждого образца поглощать ультрафиолетовые лучи.

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. Ученые уверены, что эта информация может быть полезной не только потребителям, но и производителям одежды для создания продукции, способной эффективно защитить от солнца.

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.