Ученые механико-математического факультета Томского государственного университета при поддержке Российского научного фонда разрабатывают прорывные технологии пассивного климат-контроля на основе материалов с фазовым переходом. Эти специальные воски и соли способны накапливать тепло при плавлении и отдавать его при затвердевании, что позволяет создавать энергоэффективные строительные конструкции и системы охлаждения для электроники.
Исследователи доказали, что интеграция парафинов в кирпичные блоки позволяет снизить теплообмен через стену на 80–87%. Это означает, что стена из таких кирпичей в пять-восемь раз эффективнее сглаживает суточные перепады температуры, поддерживая в помещении стабильный микроклимат. При комбинации фазоизменяемого материала с традиционной теплоизоляцией достигается рекордное снижение температуры внутренней поверхности на 6,6°C, а тепловой поток через стену падает на 73,7%.
С 2022 года коллектив мехмата ТГУ создал целый ряд специализированных вычислительных моделей, которые с высокой точностью описывают процессы теплопереноса в «умных» стенах, окнах и энергонакопителях. Особенность исследования – комплексность и фокус на сложных реалистичных сценариях, учитывающих совместное влияние солнечного излучения, воздушных потоков и суточных перепадов температуры.
Для проверки цифровых моделей будет создан экспериментальный стенд, посвященный процессам фазовых переходов. На нем будут изучаться процессы плавления и конвекции на примере лауриновой кислоты – безопасного материала-аккумулятора тепла с температурой фазового перехода около 46°C. К середине 2027 года ученые планируют создать цифровые прототипы законченных систем терморегулирования – от компактных теплоаккумуляторов до систем охлаждения для серверов.
Разработка соответствует Стратегии научно-технологического развития РФ в рамках перехода к ресурсосберегающей энергетике. С учетом прогнозируемого мирового роста энергопотребления на 1,1% в год до 2040 года, создание прорывных энергосберегающих технологий становится задачей стратегической важности. Результаты исследований опубликованы в ведущих международных научных журналах и представлены на конференциях в России, Турции, Китае и Болгарии.