Innowacyjna technologia z Olsztyna
– Produkt zapewnia 90% odbicia promieni słonecznych. Sam materiał emituje, tak jak wszystkie materiały, ciepło w podczerwieni. Ten jednak robi to w bardzo specyficznym zakresie 8–13 mikrometrów. A dla tych długości fal powietrze jest przezroczyste, promieniowanie rozprasza się, a pokryta powierzchnia jest zimniejsza od otoczenia. Nasze rozwiązanie pakowane jest w rolki i jest proste w montażu. Istnieje wersja folii z klejem albo folii z butylową uszczelką i klejem. To pierwsze rozwiązanie przeznaczone jest do naklejania na gładkie powierzchnie metalowe, z kolei to drugie, trafia na powierzchnie nierówne i pofalowane. Nie jest to izolacja, jest to folia zapewniająca odbicie światła i uniemożliwiająca chłodzenie powierzchni – mówi Michał Dzieciuchowicz z firmy Skay Chill Technologies.
Opracował on technologię chłodzenia radiacyjnego PDRC – (Passive Daytime Radiative Cooling – Pasywne Chłodzenie Radiacyjne). Powłoki chłodzące w postaci folii odbijają większość promieniowania słonecznego i oddają ciepło w postaci promieniowania podczerwonego, dzięki czemu powierzchnia pozostaje chłodniejsza niż otaczające powietrze.
Na Ziemię ze Słońca trafia nieustannie promieniowanie, które dzielone jest na światło widzialne, które powoduje, że jest jasno i stanowi 42% całej energii, podczerwone – jest niewidzialne, ale odczuwamy je jako ciepło, stanowi 50% energii oraz ultrafioletowe. To ostatnie stanowi resztę spektrum energii. Większość promieniowania podczerwonego (ciepła), które trafia na Ziemię lub jest oddawane z jej powierzchni, pochłaniane jest przez atmosferę. To powoduje nagrzewanie powietrza – zwłaszcza gdy zawiera dużo gazów cieplarnianych, takich jak CO₂, para wodna czy metan. Jednak niecałe ciepło zostaje w atmosferze. Istnieje „okno atmosferyczne”, czyli zakres długości fal podczerwonych (8–13 μm), dla którego atmosfera jest przezroczysta, a fale uciekają w przestrzeń kosmiczną – to jest właśnie pasywne chłodzenie radiacyjne.
– Jest to zjawisko występujące naturalnie w przyrodzie. Szron potrafi pojawić się nad ranem na powierzchni ziemi, albo na szybach naszych samochodów, mimo że temperatury w nocy były dodatnie. To ciepło właśnie się rozproszyło zostawiając za sobą przechłodzoną powierzchnię – tłumaczy Michał Dzieciuchowicz.
Mechanizm działania: okno atmosferyczne
Podstawową zasadą Pasywnego Chłodzenia Radiacyjnego jest emisyjność cieplna, czyli miara zdolności obiektu do wypromieniowywania ciepła. Powłoki PDRC charakteryzują się wysoką emisyjnością, co pozwala im skutecznie oddawać ciepło. Aby osiągnąć wysoką efektywność chłodzenia, materiały PDRC muszą działać jako selektywne emitery, pochłaniając i emitując promieniowanie cieplne tylko w określonym zakresie długości fal. Zakres ten odpowiada tak zwanemu „oknu atmosferycznemu”. Ciepło emitowane w tym zakresie może swobodnie uciekać od chłodzonej powierzchni.
W foliach chłodzących wykorzystywana jest także refleksyjność słoneczna. Folie, membrany powłoki i materiały PDRC muszą posiadać wysoką zdolność odbijania promieniowania słonecznego (>90%). Dzięki temu znaczną część energii słonecznej odbijają z powrotem, nie nagrzewając się w ciągu dnia.
Promieniowanie ultrafioletowe jest wysokoenergetyczne i przyspiesza degradację materiałów, powodując ich pękanie, blaknięcie czy utratę właściwości ochronnych. Powłoki PDRC są projektowane tak, aby były stabilne i odporne na działanie UV, dzięki czemu przez długie lata zachowują zdolność odbijania i emisji ciepła oraz stanowią ochronę pokrytych powierzchni.
Proces chłodzenia radiacyjnego w PDRC jest pasywny i ciągły. Oznacza to, że rozwiązanie to jest wydajne i trwałe, bez konieczności stosowania układów elektrycznych czy mechanicznych. Dzięki temu PDRC jest prostą w instalacji i ekonomiczną technologią chłodzenia.
Skuteczność potwierdzona testami
– Niedaleko Olsztyna mamy zorganizowaną stację pomiarową. Urządziliśmy tam stanowisko testowe w dwóch kontenerach. Jeden okleiliśmy naszymi foliami chłodzącymi, drugi stanowił jednostkę kontrolną. Mierzymy także zewnętrzną temperaturę powietrza termometrem, który ustawiony jest między kontenerami nisko nad ziemią. Latem w kontenerze oklejonym jest kilka stopni mniej w porównaniu z tym, na którym nie ma folii chłodzącej. Wykonywaliśmy pomiary w sierpniu 2025 r., przy umiarkowanych upałach. Mimo tego temperatura białego dachu nieoklejonego folią sięgała 50°C, a tego zabezpieczonego folią wynosiła 20°C przy temperaturze powietrza około 24°C. Osiągnęliśmy powierzchnię w pełnym słońcu chłodniejszą o 30°C od niepokrytego dachu i 4°C zimniejszą niż powietrze. Osiągnęliśmy również redukcję dobowej amplitudy temperatur z 50°C do 20°C stopni na powierzchni dachu. Przy wyższych temperaturach wyniki te będą jeszcze lepsze – wymienia Michał Dzieciuchowicz.
Zmniejszenie temperatury o kilka stopni podczas największych upałów mają znaczenie dla przeżycia oraz komfortu i dobrostanu wielu gatunków zwierząt hodowlanych. Oklejanie folią jest proste i szybkie. W Chinach wytwarzana jest także folia, która służy do oklejania szyb okien, przez co ograniczane jest nagrzewanie się przestrzeni budynków. Tradycyjne folie przeciwsłoneczne wykorzystują odbicie części promieniowania słonecznego oraz absorpcję pozostałej energii. Mechanizm ten jest skuteczny, lecz ma ograniczenia, zwłaszcza w bardzo gorące dni, gdy zarówno szyba, jak i folia osiągają wysoką temperaturę. Folie Radi-Cool wykorzystują emisję ciepła w omawianym zakresie 8–13 μm, czyli w tak zwanym oknie atmosferycznym. W tym przedziale promieniowanie podczerwone jest w dużej mierze przepuszczane przez atmosferę, co umożliwia skuteczne odprowadzanie energii zamiast kumulowania jej na powierzchni szyby.
Ochrona silosów i budynków gospodarczych
Folie chłodzące z powodzeniem mogą być wykorzystywane do ograniczania nagrzewania się silosów zbożowych oraz budynków, w których magazynowane jest ziarno.
– Wyliczyliśmy, że najbardziej efektywne byłoby oklejenie dachu silosu oraz południowej ściany plus kilkadziesiąt stopni po każdej ze stron. Dach jest najbardziej eksponowany na słońce, a więc odpowiada za największy dobowy dopływ energii do obiektu. W zestawieniu wielomiesięcznych danych na wykresach temperatur zewnętrznej powierzchni dachu widoczna jest istotna różnica pomiędzy obiektem referencyjnym i obiektem z zastosowaną technologią chłodzenia radiacyjnego. W ujęciu maksymalnym różnica temperatur zewnętrznej powierzchni dachu wynosiła 26,1°C w danych dla 2020 r. i 30°C w danych dla 2021 r. Te liczby są szczególnie istotne, bo pokazują, że dach działa jak główne źródło przegrzewania, a jednocześnie jest elementem, na którym można osiągnąć największą redukcję temperatury powierzchni – wymienia Michał Dzieciuchowicz.
Oddziaływanie folii chłodzących zostało zbadane przez producenta w budynkach obejmujących obiekty o konstrukcji betonowej, izolowanej lub o betonowych ścianach pokrytych lekkim, blaszanym dachem. We wszystkich przypadkach dachy pokryto wydajną folią Radi-Cool (wysoka refleksyjność i wysoka emisyjność), natomiast ściany zabezpieczono farbą chłodzącą, o trochę niższej efektywności chłodniczej niż folia dachowa. Są to obiekty o naturalnie lepszej stabilności cieplnej niż typowy silos blaszany.
W polskich warunkach silosy i magazyny ze ścian betonowych należą do rzadkości. Dominują silosy blaszane, z reguły płaskodenne, najczęściej z perforowaną podłogą, przez którą wtłaczane jest powietrze zapewniające odpowiednie warunki przechowywania. Zboże w wielu gospodarstwach przechowywane jest w magazynach murowanych wykorzystywanych także jako garaże, które mają pokrycie dachowe w postaci różnych rodzajów blach.
Wyzwania konstrukcji blaszanych
Magazynowe obiekty blaszane są najpopularniejsze, w związku z łatwością i szybkością budowy, rozbudowy oraz lekkością konstrukcji. Charakteryzują się jednak, w odróżnieniu od silosów betonowych, cienkościenną budową i związaną z nią wysoką przewodnością cieplną, szybkim nagrzewaniem i chłodzeniem oraz dużą dobową amplitudą wahań temperatury. W takich silosach zastosowanie rozwiązań pasywnych Radi-Cool będzie najefektywniejsze.
– Bilans cieplny magazynu zbożowego jest wynikiem równowagi pomiędzy energią dopływającą z otoczenia, energią oddawaną na zewnątrz oraz energią akumulowaną w masie ziarna. Najważniejszym zewnętrznym źródłem energii jest promieniowanie słoneczne. W praktyce to dach i ściany wystawione na słońce (południowo-wschodnie, południowe i południowo-zachodnie) są elementami, które odpowiadają za warunki termiczne w magazynie, bo to przez nie przedostaje się najwięcej ciepła do wewnątrz budynku – mówi Michał Dzieciuchowicz.
Stabilizacja warunków przechowywania
W magazynach objętych pomiarami kluczowe było rozróżnienie dwóch poziomów oddziaływania i zmierzenie temperatury dachu i ścian wraz z amplitudą dobową oraz wpływu temperatury tych elementów na temperaturę powietrza w magazynie oraz temperatury ziarna w różnych strefach.
Zestawiona została również temperatura wnętrza magazynu (powietrza). Maksymalna różnica temperatury wewnętrznej nad powierzchnią zboża wyniosła 8,8°C i 10,4°C.
Temperatura wewnątrz stabilizowana była przez bezwładność termiczną obiektu oraz dodatkowo przez masę ziarna. Z punktu widzenia przechowywania to różnica o realnym znaczeniu, bo temperatura powietrza wpływa na strefy przypowierzchniowe i na tempo wymiany wilgoci.
Za temperaturą powietrza w silosie podążała temperatura ziarna (mierzona przy powierzchni składu). Osiągnięta różnica w temperaturze między składami, wykorzystując jedynie metody pasywnego chłodzenia, to 4,5°C.
– W silosach blaszanych mechanizmy bilansu cieplnego przebiegają z większą intensywnością. Cienkościenne przegrody stalowe bardzo szybko przenoszą energię z nagrzanej powierzchni zewnętrznej do wnętrza obiektu, a dobowy bilans cieplny ma dużą amplitudę. Oznacza to szybsze nagrzewanie stref przyściennych i poddachowych oraz większą podatność na lokalne inicjacje procesów prowadzących do migracji wilgoci i samozagrzewania. Jednocześnie oznacza to, że ograniczenie nagrzewania przegród w takich obiektach powinno przynosić relatywnie większą poprawę stabilności warunków przechowywania niż w magazynach betonowych. Wyniki uzyskane w obiektach betonowych i izolowanych należy więc traktować jako konserwatywny punkt odniesienia – wyjaśnia Michał Dzieciuchowicz.
W ofercie firmy są opisane już folie chłodzące, chłodzące folie okienne przezroczyste, farby chłodzące, tkaniny chłodzące oraz chłodzące brezenty PVC. Wszystkie materiały wykorzystują technologię chłodzenia radiacyjnego i pomagają w walce z rosnącymi temperaturami.
Firma Skay Chill Technologies uczestniczy w tym roku w największych targach rolniczych w Polsce. Możliwości folii chłodzącej są przedstawiane producentom silosów i obiektów inwentarskich. Produktem chce także zainteresować indywidualnych rolników, którzy chcieliby przetestować folię w swoich silosach lub budynkach inwentarskich o powierzchni 200–300 m².
Tomasz Ślęzak
fot. mat. firmowe
