Новая эффективная радиационная система охлаждения без использования электричества
Система позволяет без трат энергии одновременно охлаждать здания и нагревать воду.Кондиционеры и другие системы охлаждения являются одними из крупнейших потребителей электроэнергии, поэтому поиск способов пассивного охлаждения зданий будет иметь важное значение в нашем все более жарком будущем.Исследователи из Университета Буффало разработали прототип гибридного устройства, которое может не только резко охлаждать здания без использования электричества, но и улавливать и использовать солнечную энергию для нагрева воды.
Системы радиационного охлаждения,создаваемые на протяжении многих лет во многих формах,поглощают тепло внутри помещения или здания и излучают его в инфракрасном диапазоне в атмосферу. Далее ничего не мешает этому излучению уходить за пределы атмосферы в космическое пространство.
В этих устройствах используются панели из материалов, способных поглощать и излучать тепло.Логичный способ сориентировать панели с тепловым излучателем — это повернуть одну сторону к небу, как это используется в солнечных панелях, но команда нового исследования считает, что это не самый эффективный метод.Панели излучают тепло с обеих сторон, поэтому в этом положении часть тепла излучается обратно на землю.
В новой конструкции исследователи Buffalo поместили тепловой излучатель так, чтобы тепло могло собираться с обеих сторон и передаваться в пространство.Для этого термоэмиттер установили вертикально вверх между парой зеркал, расположенных в форме буквы V.Функция зеркал — отражать полученную от излучателя энергию в виде инфракрасных волн вверх в пространство.
«Поскольку тепловое излучение от обеих поверхностей центрального теплового излучателя отражается в небо, локальная плотность мощности охлаждения на этом излучателе удваивается, что приводит к рекордному снижению температуры», — говорит Цяоцян Ган, ведущий автор исследования.
В ходе экспериментов команда показала, что устройство способно снизить температуру внутри испытательной установки более чем на 12 ° C под прямыми солнечными лучами и более чем на 14 ° C в ночное время суток.
Зеркала имеют более продвинутую начинку, чем кажется на первый взгляд. Сделанные из 10 тонких слоев серебра и диоксида кремния, они разработаны таким образом, чтобы избирательно реагировать на волны различной длины. Они отражают инфракрасные волны среднего диапазона от излучателя, при этом поглощая волны видимого света и ближнего инфракрасного спектра.Это не дает солнечному теплу нейтрализовать охлаждающий эффект и повышает эффективность устройства.
Кроме того, тепло, поглощаемое зеркалами, может быть использовано с пользой — в этом тесте команда использовала его для нагрева воды до 60 ° C.
«Большинство систем радиационного охлаждения рассеивают солнечную энергию, что ограничивает охлаждающие возможности системы», — говорит Ган.«Даже при идеальном спектральном подборе верхний предел мощности охлаждения при температуре окружающей среды 25 ° C составляет около 160 Ватт на квадратный метр. Получается , что солнечная энергия имеющая мощность около 1000 ватт на квадратный метр стандартных систем была просто потрачена впустую».
Исследователи говорят, что это устройство может помочь снизить затраты и снизить нагрузку на окружающую среду, связанную с охлаждением, которое остается одним из самых больших источников потребления энергии.На данный момент, однако, основное внимание будет уделено его масштабированию до размера крыши — тестовая модель имела размеры всего 70 см2(27,5 дюйма2).
Исследование было опубликовано в журналеCell Reports Physical Science