Ученые ИРНИТУ считают перспективным применение полупроводников в конструкциях жилых домов для компенсации тепловых потерь от инженерных коммуникаций. В зимний период здания теряют тепло из-за систем вентиляции, канализации, водоснабжения, а также через ограждающие конструкции (окна, стены, пол, потолок). Эксперименты в этой области политеховцы проводят в рамках реализации одного из стратегических проектов Программы «Приоритет 2030» - Digital Industrial Technologies.
К моделированию процессов термоэлектрического преобразования потерь тепла преподаватели подключили проектные команды аспирантов и магистрантов - будущих сотрудников предприятий ЖКХ, строителей и ИТ-специалистов. Руководит исследовательской работой доцент кафедры городского строительства и хозяйства Игорь Шелехов.
«Для более эффективного решения поставленной задачи необходимы знания из разных областей наук. Продвижению наших исследований будет способствовать открытая в этом году на кафедре специальность «Цифровизация инженерных систем».
Костяк нашей проектной команды составляют аспиранты Иван Дорофеев, Мария Федотова и Сергей Мартынов, а также несколько магистрантов. Кроме того, к работе планируем подключить бакалавров 4 курса, которых выберем по конкурсу. Они будут готовить дипломные работы по систематизации всех тепловых потерь, которые существуют в здании. Студентам предстоит определить, где именно происходят тепловые потери и как их использовать, не нарушая целостности инженерной системы (иначе эффект может стать обратным)», - сообщил Игорь Шелехов.
Он отметил, что российская наука находится на достаточно высоком уровне по изучению полупроводников, есть даже база для их производства. Между тем, в настоящее время все в основном работают на микроэлектронику. Отсутствует технология, которая бы позволила массово выпускать недорогое бытовое оборудование на основе термоэлектрических модулей, состоящих из полупроводников. Применение полупроводников в строительной отрасли также пока не рассматривается.
Проект команды Игоря Шелехова «Разработка фундаментальных основ создания экологически чистых термоэлектрических источников энергии, работающих от тепловых потерь зданий городской застройки» выиграл грант РФФИ в размере 3,6 млн рублей.
«Грант РФФИ позволил нам создать три опытных образца плоских термоэлектрических модулей. Они успешно прошли натурные испытания. Наши экспериментальные данные выше результата, заявленного японскими коллегами. Мы получили величину КПД при таком же градиенте температур в пять раз больше. Также пришли к выводу, что можно делать модули большой площади, чтобы использовать их на ограждающих конструкциях жилых зданий для преобразования потерь тепла.
Однако это только первый шаг в большое научное направление. Нам нужна сильная команда. В своих исследованиях рассчитываем на сотрудничество с Воронежским техническим университетом, где полупроводники считаются одним из самых перспективных научных направлений», - сказал Игорь Шелехов.
Отметим, что наиболее высокий коэффициент преобразования тепла в электричество обеспечили предложения Игоря Шелехова в части распределения площади теплопередачи и синтеза полупроводникового термоэлектрического материала. Новые термомодули, которые создали ученые, могут использоваться в приборах для эффективного преобразования тепловых потерь, имеют более высокие технические характеристики и спектр использования, чем у всех известных мировых аналогов.
«В России разработки по полупроводникам самые передовые в мире. В области термоэлектриков, если вложиться в эту тематику, то мы могли бы стать мировыми лидерами. По своей эффективности термоэлектрические модули стоят на одном уровне с турбинными генераторами электрической энергетики. Термоэлектрический модуль способен тепловую энергию сразу преобразовывать в электрическую. При этом вырабатывается качественное напряжение постоянного тока, которое подходит для зарядки телефонов, питания компьютеров.
Технология дорогостоящая, эксперименты требуют серьезных затрат, например, чтобы выпустить только один образец, нужно приобрести материалов на 60 тысяч рублей. Это огромный комплекс исследований, который не может развиваться в рамках малого бизнеса, здесь нужны надежные партнеры и гранты институтов содействия инновациям», - пояснил Игорь Шелехов.
Отметим, что эксперименты по преобразованию тепловых потерь второй год проводятся в одном из корпусов ИРНИТУ.
