Терморегуляция существенно влияет как на комфорт и здоровье человека, так и на энергопотребление того или иного здания и даже целого региона. Сегодня на рынке представлено множество приборов, как согревающих, так и охлаждающих помещения и людей в них. Однако механизм их действия основан на принципе, не менявшемся многие годы: на нагревании или охлаждении всего помещения. Американские инженеры попробовали взглянуть на проблему с другого ракурса.
Профессор из Калифорнийского университета в Сан-Диего Жэнькунь Чэнь (Renkun Chen) вместе со своей группой разработал уникальное терморегулирующее устройство для ношения прямо на теле. Скрыть его под одеждой не составит труда: новое устройство лёгкое и гибкое.
Изобретение состоит из гибкой батареи, электрической цепи и собственно охлаждающего (или нагревающего) элемента – патча. Он представляет собой столбики термоэлектрического сплава теллурида висмута, припаянные к тонким медным электродам в виде полосок. Эта конструкция покрыта двумя слоями резины Ecoflex, содержащей порошок нитрида алюминия. Это соединение хорошо проводит тепло, при этом вся конструкция остаётся мягкой и эластичной.
"Индивидуальный термостат" использует электричество для создания разницы температур. Он проводит тепло с одной поверхности устройства на другую с помощью электрического тока, питаясь от гибкой батарейки. Таким образом, когда одна сторона прибора нагревается, например, от человеческого тела, другая охлаждает прибор (высвобождая тепло в атмосферу).
"При охлаждении мы используем электрический ток для "перекачивания" тепла из слоя, прилегающего к коже, во внешний слой устройства. А для нагревания мы просто пропускаем ток в обратную сторону, и тепло стремится в противоположном направлении", – объясняет ведущий автор изобретения в пресс-релизе университета.
По словам инженеров, их изобретение можно располагать в местах, которые имеют тенденцию нагреваться или охлаждаться первыми: стопы или кисти рук, шея, спина. "Умный механизм" поддержит нужную температуру и позволит своему хозяину чувствовать себя комфортно.
Прибор уже хорошо показал себя в действии. За две минуты он охладил кожу испытателя до установленной температуры 32 °C и сохранял её при колебаниях внешней температуры от 22 °C до 36 °C.
Создатели разработки уверены, что гораздо эффективнее поддерживать индивидуальную комфортную температуру тела человека, чем обогревать или охлаждать целое помещение. Предложенный способ менее энергозатратен и позволит сэкономить на счетах за электричество.
Конечной целью инженеров является создание "умной одежды" из таких терморегулирующих элементов. Именно поэтому изобретение сконструировано из эластичного материала, который можно сгибать и крутить, не боясь повредить механизм.
Группа уже приступила к созданию жилета, регулирующего температуру кожи и надеется сделать эту разработку общедоступной в течение следующих нескольких лет.
"Мы решили фундаментальные проблемы и теперь работаем с инженерной стороной вопроса: электроникой, оборудованием и разработкой приложения для контроля температуры", – делится Чэнь дальнейшими планами.
Статья, посвящённая изобретению сотрудников Калифорнийского университета в Сан-Диего, опубликована в открытом доступе в журнале Science Advances.
Напомним, что авторы "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) уже рассказывали об "умной ткани", согревающей и охлаждающей тело по мере надобности, об охлаждающем кожу пластиковом текстиле и браслете, который будет обеспечивать приватный климат-контроль.
Мы будем держать вас в курсе новейших разработок, а пока предлагаем прочитать о том, как инженеры работают над повышением энергоэффективности целых зданий и зачем предлагают наклеивать на окна специальные плёнки.
