Důmyslný střešní materiál se ochlazuje v létě a ohřívá v zimě  
Radiační chlazení funguje tak, že odebírá teplo z okolí a vyzařuje ho zpátky do atmosféry. Dělá to v létě a bohužel i v zimě. Nový termálně adaptivní materiál TARC, který je založený na oxidu vanadičitém, „pozná“, jestli je horko nebo chladno. V létě střechu ochlazuje, v zimě ji ochlazuje mnohem méně.
Vzorky materiálu TARC. Kredit: Thor Swift/Berkeley Lab.
Vzorky materiálu TARC. Kredit: Thor Swift/Berkeley Lab.

V poslední době se objevila řada technologií radiačního chlazení, které odebírají teplo svému okolí a vyzařují ho pryč. Atmosféra je pro takové záření průhledná, takže odletí do vesmíru. Existují i technologie, které jsou založené na bílé či dokonce super-bílé barvě a ochlazují okolí tím, že odrážejí sluneční záření. Oba tyto typy technologií fungují skvěle v létě. V zimě ale, bohužel, rovněž ochlazují, což není úplně žádoucí.

 

Inženýři amerických laboratoří Berkeley Lab vyvinuli střešní materiál, který se adaptuje na roční období. Když je léto a horko, tak tento pozoruhodný materiál odráží sluneční záření a budovu ochlazuje. V zimě se ale radiační chlazení automaticky „vypne“ a materiál přestane chladit. Materiál dostal označení TARC neboli „temperature-adaptive radiative coating“.

 

Experimenty s TARC na střeše. Kredit: Junqiao Wu/Berkeley Lab.
Experimenty s TARC na střeše. Kredit: Junqiao Wu/Berkeley Lab.

Klíčovou součástí této nové technologie je sloučenina oxid vanadičitý (VO2), která má zvláštní vlastnosti. V roce 2017 badatelé zjistili, že když jeho teplota dosáhne 67 °C, tak vede elektrický proud, ale nikoliv teplo, což je fyzikálně skandální. Tým Berkeley Lab to využil. Vytvořili střešní materiál, který za teplého počasí absorbuje a následně vyzařuje infračervené, tedy tepelné záření, a tím ho drží pryč od budovy. Když se ochladí, stane se TARC pro tepelné záření průhledným, takže může ohřívat budovu pod střechou.

 

Vědci vytvořili tenké kousky materiálu TARC, zhruba o velikosti 2 cm2, a porovnali jej s komerčními tmavými a naopak světlými střešními materiály. Vzorky umístili na střechu a bezdrátovými přístroji měřili sluneční záření a teplotu materiálů. Ukázalo se, že TARC funguje velmi dobře. Bez ohledu na počasí odráží asi 75 procent slunečního záření. Když teplota prostředí stoupne nad 30 °C, TARC vyzařuje zpět do vzduchu až 90 procent dopadajícího tepelného záření. V případě, že teplota okolí klesne pod 15 °C, materiál vyzařuje jen asi 20 procent tepelného záření.

 

Logo. Kredit: Berkeley Lab.
Logo. Kredit: Berkeley Lab.

Badatelé pak na základě získaných dat simulovali, jak by střešní materiál TARC fungoval v 15 různých klimatických zónách napříč kontinentálními USA. Z výsledků odhadli, že střecha z TARC ušetří průměrné americké domácnosti až 10 procent jejich účtu za elektřinu. Teď přijde řada na experimenty s většími kusy materiálu TARC, jejichž účelem bude zjistit, jak je materiál praktický pro reálné střechy.

 

Zároveň nejde jen o střechy. Vědci podotýkají, že TARC je možné použít jako materiál pro regulaci teploty u automobilů, elektroniky, satelitů nebo dokonce látek pro oděvy či stany. Další tým, nezávislý na tomto výzkumu, nedávno ohlásil, že vyvíjí podobné materiály pro skla, včetně oken, přičemž jako jednu z komponent využívají nanočástice oxidu vanadičitého.

 

Literatura

New Atlas 16.12. 2021.

Science 374: 1504–1509.

Datum: 27.12.2021
Tisk článku

Související články:

Superčerný materiál z uhlíkových nanotrubiček     Autor: Stanislav Mihulka (16.07.2014)
Nový nejčernější materiál světa se stal uměleckým dílem     Autor: Stanislav Mihulka (15.09.2019)
Ultračerné materiály jsou fajn. Ale ultrabílá barva je doopravdy cool!     Autor: Stanislav Mihulka (24.10.2020)



Diskuze:

střecha zelená - fotovoltaika - vytápění?

Ondřej Glac,2021-12-28 22:01:26

Zajímal by mě názor klimatologů na to, jak by měly vlastně střechy vypadat. Jestli je lepší, aby byly pokrytě nějakou zelení nebo schované v korunách stromů, nebo jestli je lepší mít je volné a pokryté fotovoltaikou.
Nápad s "vyhřívací" střechou pokládám za úlet. V tomto smyslu se mnohem efektivněji využívají okna, zastíněná krátkou vodorovnou pergolou - slunce tak v létě, kdy je vysoko, dovnitř nesvítí, zatímco v zimě skrz sklo vyhřívá vnitřní prostor. Střechu potřebujeme zateplenou, což pak jde proti smyslu vanadové střechy. Ale třeba na auta nebo na okenní skla nebo na nějaké speciální aplikace... proč ne?

Odpovědět

Chytré střechy

Florian Stanislav,2021-12-28 19:31:39

Kdysi se psalo, že fotovoltaika na všech střechách Evropy by vyrobila tolik elektřiny, kolik Evropa spotřebuje. Samozřejmě je problém, že by elektřinu vyrobila v době, kdy je jí nejméně třeba.
Ale krabice obchodních domů (s potravinami) potřebují elektřinu stále.
Na zemský povrch ročně dopadá v našich klimatických podmínkách zhruba 1000 kWh energie na každý metr čtvereční. Solární panel ale z této energie umí využít jen část.
4 solární panely o celkové ploše 6,6 m2 vyrobí 1000 kWh/rok, z toho 70% v měsících duben- srpen.
Přepokládejme, že jsme ve městě s 10 000 obyvateli, kde obchodní domy s potravinami mají tvar
5 m vysoké krabice s rovnou střechou o celkové ploše fotbalového hřiště ( přes 5 000 m 2). Přepokládejme, že využitelná plocha pro panely je 4 000 m2 ( jsou šikmo ke slunci, ale mají mezery). Pak roční výroba elektřiny bude
(4000/6,6)*1000 kWh/rok= asi 600 000 kWh/rok, což je řekněme za 2,4 milionu Kč.

V obchodním domě s potravinami běží mrazáky nepřetržitě, svítí se nepřetržitě a elektřina se bere třeba uhelné elektrárny vzdálené kdoví kde. Což je hodně dál, než pár set metrů kabelů ze střešních panelů.
Zatím jsem obchoďák s potravinami s fotovoltaikou na střeše neviděl. Přikázat takové stavby by jistě rozumnější a zelenější, než zavírat jaderné elektrárny, což chystá Německo.

Odpovědět


Re: Chytré střechy

Ondřej Glac,2021-12-28 22:03:05

Fotovoltaika na supermarketech (a vlakových nástupištích) by mohla taky dobíjet parkující elektromobily.

Odpovědět


Re: Chytré střechy

Jan Novák9,2021-12-28 23:11:34

Ta uhelná elektrárna v dálce stejně musí běžet pro případ že by se zatáhlo a začalo pršet.
Což znamená že celá FV na střeše je navíc a místo úspory povede k tomu že energie z té FV nebo uhelné elektrárny bude dražší protože menší množství prodané energie musí zaplatit stejné fixní náklady. Dvě elektrárny pro výrobu stejné elektřiny které se střídají v dodávce mají menší účinnost a jsou dražší než jedna. Jsou také méně ekologické. Nejde o to která je lepší, musíte mít obě. Úspora v případě OZE je úsporou jen když to dělá málo lidí, pokud se to rozšíří plošně přestane to platit. Je to jako kdyby všichni vyhráli ve sportce... V podstatě to že vy uspoříte s OZE znamená že zvýšené náklady na zálohu vašeho OZE zaplatí někdo jiný.

Pokud je výroba z občasných zdrojů větší než jen několik procent tak cena stálého zdroje který je musí krýt a cena úložiště se bude muset promítnout do ceny energie. Proto EU zvedá schválně ceny energie CO2 povolenkami a nevadí jim když elektřinu dál zdražují spekulace. Už teď se další větrníky v Německu nezaplatí - když dodávají tak je elektřiny přebytek a je levná a když nedodávají tak žádnou neprodají. A to chtějí jejich počet zvýšit nejméně třikrát. Tím se dál sníží využití stálých zdrojů a stoupne cena energie z nich. A měli bychom si začít chystat louče, po zákazu plynu je budeme potřebovat.

Odpovědět


Re: Re: Chytré střechy

Florian Stanislav,2021-12-29 21:17:48

Můj článek je o fotovoltaice na střeše, co se nehoní po síti bůh ví kam. Nepíšu o větrnících.
https://www.obnovitelne.cz/clanek/1148/nemecka-energetika-trha-rekordy-vic-nez-polovinu-vyroby-pokryvaji-obnovitelne-zdroje/
Německo vyrobilo roku 2020 polovinu elektřiny z obnovitelných zdrojů, fotovoltaiku má 1,5 milionu domácností na střeše. Takže nechápu, co Vám vadí na mnou doporučované fotovoltaice na Kauflandu.
Fotovoltaika v Německu 2020 představuje (5 %) výroby elektřiny, takže je to malé % , co doporučujete, aby se Vám ty ceny elektřiny neměnily..
Zvyšují se stejně.
Vaše úvaha, že čím víc budu spotřebovávat elektřinu ve špičce (v zimě), tím pomohu tepelným elektrárnám a stabilizaci cen elektřiny, ta nefunguje.

Odpovědět


Re: Re: Re: Chytré střechy

Jan Novák9,2021-12-31 17:48:00

"Vaše úvaha, že čím víc budu spotřebovávat elektřinu ve špičce (v zimě), tím pomohu tepelným elektrárnám a stabilizaci cen elektřiny, ta nefunguje."
WTF? Nevím kde jste to vyčetl???

"Německo vyrobilo roku 2020 polovinu elektřiny z obnovitelných zdrojů" Ano, toho jsme si všimli, obzvláště zákazníci Bohemia Energy a dalších zkrachovalých prodejců. Ostatní si všimnou hned jak jim dojde fixace. Tady názorně vidíte jak Občasné Zdroje začínají zvyšovat cenu energie. Že jim ta dodávka ale nějak nevydržela přes konec září. Naštěstí máme zatím pořád elektrárny na uhlí, mazut a plyn a ty jedou co to dá :-))

Pro blbé polopatisticky:
Pokud nechcete na 2-3 měsíce v zimě hibernovat celé hospodářství a nechat lidi zmrznout, TAK Z TOHO PLYNE že budete potřebovat v zimě elektřinu. I ten Kaufland tu elektřinu v zimě bude muset koupit a ta elektřina bude tak drahá aby zaplatila tu elektrárnu která ji bude dodávat za celý rok její existence (ekonomie - fixní náklady, amortizace). K tomu navíc cena FV která rozhodně není zadarmo.
Jak vidíme ze současné doby, tato elektřina nebude z fotovoltaiky a ani z větrníků PROTOŽE kdybyste to náhodou nevěděl tak v zimě slunce svítí málo a často delší dobu nefouká a to v celé Evropě najednou. Německo se chystá odstavit VŠECHNY zdroje kromě Občasných do roku 2040???.
(Matematická úloha: máte větrníky o instalovaném výkonu 10MW. Kolik jich potřebujete k dodávce 1GW elektřiny když a) fouká tak akorát, b) už týden nefouká, c) vítr je příliš silný a vrtule musí být nastavena do praporové polohy?)

Fotovoltaika je Občasný Zdroj stejně jako vítr. Ani jedno nemá žádnou výjimku která by jí zaručila stálý provoz v zimě. Tj. fotovoltaiku nemůžete oddělit od větru, podmínky pro nízkou dodávku jsou často zároveň u obou, tj. jak u FV tak u větru, a to inverzní počasí.
Výroba FV v německu za 2019 byla 8,7%, s koeficientem využití instalovaného výkonu CELÝCH 11.1%. To je hrozné plýtvání. A to za situace kdy ze zákona je rozvodná soustava povinná vykoupit všechnu energii i když se jí to nehodí a energie není prodejná ani zadarmo.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Chytré střechy

Florian Stanislav,2021-12-31 19:04:19

Vyčetl jsem to u Vás :"Což znamená že celá FV na střeše je navíc a místo úspory povede k tomu že energie z té FV nebo uhelné elektrárny bude dražší protože menší množství prodané energie musí zaplatit stejné fixní náklady."
Chápu, že dle Vás je nejlepší do ničeho neinvestovat (nedejbože do fotovoltaiky, která se nikam po síti neposílá, ale využije na místě). Nebudou dvoje zdroje a dvoje fixní náklady, ale časem nebudou finančně dosažitelné žádná fosilní paliva, protože fosilní paliva ( včetně zemního plynu, kterým se zalepují OZE), jsou nenahraditelné i jako chemické suroviny.
Důležitý je nejen poměr OZE a dalších zdrojů elektřiny, ale i rozvodné sítě, pořád je problém efektně převést přebytek větrné elektřiny od Severního moře do Bavorska. To, že nastaven nucený odběr přebytků elektřiny z fotovoltaiky není chyba FVE, ale zákonů.
Zatím jste si věděl rady se vším a máte polopatistické výklady, takže tu fotovoltaiku na střeše a využití hned pod ní nebo vedle snad taky pochopíte. Hlavně pak to, že úspora je i v omezení vedení elektřiny na dálku a obchodování s ní, kde je leccos pokřivené.
Německo- 11% využití výkonu FVE je málo, ale nemá náklady na palivo, slunce je zadarmo. Kaufland si v létě peníze na zimní elektřinu ušetří. Efekt je i úspora paliv.
FVE na střeše obytného domu, to je tam, kde se nesvítí a nechladí nepřetržitě jako v Kauflandu. Viz
https://oze.tzb-info.cz/fotovoltaika/21585-navratnost-fotovoltaiky-kdy-vam-usetri-statisice-a-kdy-se-naopak-nevyplati
„I kdybychom brali v potaz jen první výpočet, vrátí se investice do vlastního zdroje přibližně už za sedm let. Pokud započítáme inflaci a zdražování elektřiny, zkrátí se návratnost o další rok na šest let. Od té doby už bude fotovoltaika jenom vydělávat, a to vůbec ne málo."
Zdroj technické zabezpečení budov tzb-info.cz . To nejsou informátoři z voleje, kteří polopaticky vysvětlí všechno a ono je to pak hodně jinak.

Odpovědět


Re: Re: Chytré střechy

Ondřej Glac,2021-12-29 23:06:53

Pane Nováku, souhlasím s tím, že to bude dražší. Pokud jde ale o emise, předpokládám, že může dojít k úspoře. Možná bychom vůbec neměli hodnotit fotovoltaiku jako elektrárnu, ale jako "spořicí" součást elektrárny tepelné. (Taky jsme si zvykli třeba na odlučovače popílku, i když nám zdražují elektřinu a snižují efektivitu elektrárny.) Prostě fotovoltaika by mohlo být něco, co nám umožní nechat nějaké uhlí budoucím generacím.
Aplikaci na supermarketech nebo parkovištích vidím jako výhodnou v tom, že nepotřebuje úložiště. Auta tu stojí převážně přes den, tak proč jim nepřidat nějaký ten joule, než si nakoupím?

Odpovědět


Re: Re: Re: Chytré střechy

Jarda Ticháček,2021-12-31 17:39:08

Pane Glaci
Máte v úvaze malou chybu. Ale tak rozšířenou, že se tomu nedivím.
Fotovoltaika může být "spořící" součástí malého tepelného zdroje. Tak byla původně myšlena. Stejně jako větrné elektrárny. Tedy: svítí slunce, fouká vítr, farmář někde uprostřed Austrálie vypne generátor. A místo toho, aby mu tam přijel kamiónový vlak každé tři měsíce, přivezou mu naftu jednou ročně.
Jenže ten generátor je sice v podstatě tepelnou elektrárnou, ale lokální. Jenže ty velké, to je něco jiného. Pracují s velkými tlaky, při teplotě páry cca 150 až 300°C. I více. To prostě nesmí vychladnout. Protože se pohnou spoje, nasledují revize, opravy, úpravy. Jen to zabere pár dní práce, když je vše připraveno. Do toho se tam točí pár desítek tun turbíny, která je tak pečlivě navržena, aby využila maximum toho, co ta pára při průchodu dělá. Včetně toho, že chladne. Výsledkem je to, že vlastně neexistuje velká elektrárna, která by dokázala roztočit vlastní turbíny. Protože takové by byly málo účinné. Takže se používají generátory k těm turbínám připojené. On ten generátor je vlastně elektromotor. No a teď těch třeba sedmdesát tun musíme roztočit. To také trvá pár dní. Po tu dobu ta elektrárna potřebuje v podstatě stejný příkon, jaký má výkon. Někdy během toho se ty dva procesy propojí a už to skoro jede. Je je potřeba srovnat otáčky toho všeho na těch 50Hz v síti. Protože to musí pasovat. Jinak je malér na krku.
Výsledkem je to, že díky politikům, kteří mají podobnou chybu v úvaze, máme elektřinu několikanásobně dražší, nežli by měla být. Totiž ta fotovoltaika nic nespoří. Ta tepelná elektrárna prostě jede, vsechno se točí, jedinou úsporou je to, že někdo shodí stykače a na generátorech je menší elektromagnetický odpor. A v Tušimicích proženou za týden místo stovky vagónů uhelného odpadu o jeden vagón méně.
Ve výsledku je to asi taková úspora, jako když uhádnete světa u auta. Stopadesát kW motor si uleví o dvacet W. To jsme v tisícinách procent. U těch elektráren jsou to setiny, maximálně desetiny procent úspor. Když si dopočítate zbytek, ten spořící prvek s e pěkně prodražuje.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Chytré střechy

Miyuki Pateru,2022-01-01 09:20:22

Chyba je ve vaší úvaze. Tepelná elektrárna se může nechat na provozní teplotě, turbíny a generátory se točí bez zátěže a spotřeba je zlomek toho co v plné zátěži.
Stejně tak setrvačnost kotle je v řádech desítek sekund. Teplota zůstává konstantní bez ohledu na zátěž, mění se jenom průtok páry systémem.
Je to podobné jako u spalovacího motoru, spotřeba paliva je závislá na zátěži, i když pojede pod konstantníma otáčkama (třeba u toho generátoru).
Samozřejmě je tam nějaká spotřeba a vzhledem k velikosti elektrárny je to hodně. Ale reálně je na běh naprázdno potřeba tak 5-10% paliva.
Stejně tak se dá regulovat výkon v celém rozsahu během několika desítek sekund. Ten spalovací motor pro porovnání to dokáže ve zlomku sekundy.

A když by byl obnovitelný elektřiny takovej přebytek, že bude záporná cena dlouhodobě možná by bylo technologicky zajmavý přidat do kotlů v elektrárnách elektrickej ohřev.
Tak jako tam je dneska uhlí s plynovou zálohou (dříve mazut nebo něco podobnýho).

Odpovědět

Průměrná americká domácnost

Petr Nejedlý,2021-12-28 04:54:33

$SUBJ netopí elektřinou, ale převážně plynem. Pravda, stále pak elektřinu potřebuje oběhový ventlátor a v létě pak klimatizace. Tak jako tak by $SUBJ typicky ušetřila výrazně více než 10% lepší izolací střešních prostor.

Odpovědět

problémy

Petr Petr,2021-12-28 04:07:07

S vanadem mohou být problémy. Je toxický. Drtivá většina se těží v nevhodných státech - Jižní Afrika, Čína a Rusko.

Odpovědět


Re: problémy

Florian Stanislav,2021-12-28 18:23:02

https://cs.wikipedia.org/wiki/Oxid_vanadi%C4%8Dit%C3%BD
VO2
R- věty:
R36: Dráždí oči
R37: Dráždí dýchací orgány
R38: Dráždí kůži
S- věty :
S26, S36/37/39
S26: Při zasažení očí okamžitě důkladně vypláchněte vodou a vyhledejte lékařskou pomoc
S36: Používejte vhodný ochranný oděv
S37: Používejte vhodné ochranné rukavice
S39: Používejte osobní ochranné prostředky pro oči a obličej

VO2 je tmavě modrý prášek, teplota tání 1545 °C. Mohl by tedy být zataven jako vrstva do skla.

Odpovědět


Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace