Устойчивые решения для охлаждения в Дубае: влияние падающего излучения и углов наклона панелей на работу солнечных кондиционеров

Прохлада в домах из пустынного солнца

В жарких городах, таких как Дубай, кондиционирование воздуха может быть вопросом выживания — но оно потребляет огромное количество электроэнергии и увеличивает выбросы, усиливающие изменения климата. В этом исследовании рассматривается иной путь: использовать то же интенсивное пустынное солнце, которое нагревает здания, чтобы питать кондиционеры, которые их охлаждают. Исследователи построили и испытали систему кондиционирования, работающую на солнечной энергии и адаптированную специально под суровый дубайский климат, задав простой, но важный вопрос: могут ли крышные солнечные панели поддерживать комфорт в помещениях, снижая нагрузку на электросеть?

Преобразование солнечного света в комфорт в помещении

Команда разработала компактную систему охлаждения, работающую от электричества, вырабатываемого крышными солнечными панелями. Солнечный свет попадает на фотовольтаические модули, которые преобразуют его в электричество и заряжают аккумулятор. От аккумулятора питается электродвигатель, приводящий в действие обычный холодильный контур — очень похожий на тот, что используется в бытовых сплит‑системах. Тёплый воздух из помещения проходит через холодный испаритель, где снижаются его температура и влажность, прежде чем воздух возвращается в комнату. Тщательно согласовав солнечную установку с условиями Дубая, исследователи стремились охладить небольшую экспериментальную комнату преимущественно за счёт солнечной энергии, а не от сети.

Почему важны угол наклона панели и интенсивность солнца

В Дубае дневное солнце порой вдвое сильнее, чем в многих умеренных городах, достигая до 1400 Вт/м². Ученые систематически варьировали как силу падающего излучения (от 700 до 1400 Вт/м²), так и угол наклона панелей (от 15° до 30°), чтобы понять, как эти факторы влияют на работу системы. Более сильное освещение давало системе больше мощности для работы компрессора и вентиляторов, что улучшало удаление влаги и охлаждение. Но это также увеличивало теплопотери, поэтому после некоторого порога дополнительное солнце не давало пропорционального роста эффективности. Одновременно угол наклона панелей оказался ключевым: слишком плоско или слишком круто — и панели теряли большую часть доступного света.

Оптимум для эффективного охлаждения

В десятках экспериментов при реальных дубайских погодных условиях система последовательно показывала наилучшие результаты при угле наклона панелей примерно 25 градусов. При таком угле блок удалял влагу из воздуха до примерно 0,78 грамма в секунду — важный показатель для влажной, душной комнаты — и достигал высокой тепловой эффективности порядка 95–96%. Коэффициент полезного действия, относящийся к получаемому охлаждению на единицу солнечной энергии, достигал примерно 1,1. Исследователи также отслеживали долю солнечной электроэнергии, используемой непосредственно в реальном времени, а не берущейся из аккумулятора, и обнаружили, что «прямое солнечное потребление» достигало пика около 0,6 (или 60%) при оптимальном угле. Проще говоря, значительная часть мощности охлаждения поступала непосредственно от солнца.

Измерение того, насколько комфортно людям

Помимо технической эффективности, команда проверяла, будут ли люди действительно чувствовать себя комфортно в охлаждаемом помещении. Они использовали два общепринятых индикатора комфорта: Predicted Mean Vote (PMV), который показывает, как группа людей оценит помещение по шкале от холода до жары, и Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD), оценивающий долю людей, недовольных условиями. При наилучших настройках — при сильном солнце и угле наклона панелей 25° — PMV был близок к нейтральному, а PPD составлял около 12–13%, что соответствует принятым диапазонам комфорта для офисов и жилых помещений. Система могла поддерживать комфортную температуру в комнате объёмом около 28 куб. метров даже в палящую полуденную жару Дубая.

Что это значит для будущих городов

Для непрофессионального читателя основная идея проста: при правильном проектировании солнечное кондиционирование способно поддерживать комфорт в помещениях одного из самых жарких городов мира, опираясь в основном на чистую энергию. Тщательный выбор угла наклона панелей — около 25 градусов для Дубая — помогает извлечь больше полезного охлаждения из того же солнечного излучения. Прототип показал результаты, сопоставимые или лучше многих аналогичных систем из научной литературы, при этом снижая зависимость от электроэнергии, получаемой с ископаемых источников. По мере того как города сталкиваются с ростом температур и спроса на охлаждение, такие решения позволяют оставаться в комфортных условиях, не усугубляя глобальное потепление.

Цитирование: Salins, S.S., Kumar, S. & Prasad, K. Sustainable cooling solutions in Dubai: the impact of incident radiation and panel angles on solar AC performance. Sci Rep 16, 5999 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36069-1

Ключевые слова: солнечное кондиционирование воздуха, фотовольтаическое охлаждение, тепловой комфорт, климат Дубая, угол наклона панели