Neues System ohne Strom kühlt Gebäude und erwärmt Wasser

Neues System ohne Strom kühlt Gebäude und erwärmt Wasser

Klimaanlagen und andere Kühlsysteme gehören zu den größten Stromverbrauchern. Daher wird es in Zukunft wichtig sein, Wege zur passiven Kühlung von Gebäuden zu finden. Jetzt haben Forscher der University of Buffalo einen Prototyp eines Hybridgeräts entwickelt, mit dem Gebäude nicht nur ohne Strom scharf gekühlt, sondern auch Sonnenenergie zur Erwärmung von Wasser gewonnen werden können.

Strahlungskühlsysteme, die im Laufe der Jahre in vielen Formen gebaut wurden, absorbieren Wärme aus dem Inneren eines Raums oder Gebäudes und strahlen sie in Infrarotwellen in Richtung Himmel ab. Bei diesen Wellenlängen ist die Erdatmosphäre für Strahlung "unsichtbar", was bedeutet, dass nichts verhindert, dass Wärme direkt in die Kälte des Weltraums entweicht.

Diese Geräte verwenden Platten aus Materialien, die Wärme absorbieren und abgeben können. Eine logische Methode zur Ausrichtung dieser wärmeemittierenden Paneele besteht darin, dass eine Seite wie ein Solarpanel zum Himmel zeigt. Das Team hinter der neuen Studie sagt jedoch, dass dies nicht die effizienteste Methode ist. Die Paneele strahlen Wärme von beiden Seiten ab, sodass in dieser Position ein Teil der Wärme zurück auf den Boden abgestrahlt wird.

Für das neue Design haben die Forscher den Wärmestrahler so verschoben, dass Wärme von beiden Seiten gesammelt und in den Weltraum übertragen werden kann. Zu diesem Zweck positionierten sie den thermischen Emitter vertikal zwischen einem Paar V-förmig angeordneter Spiegel. Diese Spiegel reflektieren dann Infrarotwellen in den Himmel.

„Da die Wärmestrahlung von beiden Oberflächen des Zentralwärmestrahlers in den Himmel reflektiert wird, verdoppelt sich die lokale Kühlleistungsdichte dieses Strahlers, was zu einem Temperaturabfall aller Zeiten führt“, sagte Qiaoqiang Gang, Hauptautor der Studie.

Durch Experimente hat das Team gezeigt, dass das Gerät in der Lage ist, die Temperatur im Prüfstand bei direkter Sonneneinstrahlung um mehr als 12 ° C und bei simulierter Nacht um mehr als 14 ° C zu senken.

Spiegel sind auch weiter fortgeschritten als Sie vielleicht denken. Sie bestehen aus 10 dünnen Schichten Silber und Siliziumdioxid und sind so konstruiert, dass sie selektiv unterschiedliche Wellenlängen verarbeiten können.

Sie reflektieren Wellen im mittleren Infrarotbereich vom Emitter und absorbieren die sichtbaren und nahinfraroten Wellen des Sonnenlichts. Dies verhindert, dass Sonnenwärme den Kühleffekt neutralisiert und den Wirkungsgrad erhöht.

Darüber hinaus kann die von den Spiegeln aufgenommene Wärme vorteilhaft genutzt werden - in diesem Test haben Wissenschaftler damit Wasser auf 60 ° C erwärmt.

"Die meisten Strahlungskühlsysteme leiten Sonnenenergie ab, was die Kühlleistung des Systems einschränkt", sagen die Forscher. „Selbst bei einer idealen Spektralauswahl liegt die Obergrenze der Kühlleistung bei einer Umgebungstemperatur von 25 ° C bei etwa 160 Watt pro Quadratmeter. Im Gegenteil, Sonnenenergie von etwa 1000 Watt pro Quadratmeter dieser Systeme wurde einfach verschwendet. "

Die Forscher sagen, dass das neue Gerät dazu beitragen könnte, die Kosten und die Umweltbelastung durch die Kühlung zu senken, die nach wie vor eine der größten Energieverbrauchsquellen darstellt. Im Moment liegt der Schwerpunkt jedoch auf der Skalierung auf die Größe eines Daches - das Testmodell misst nur 70 cm2.

Die Studie wurde in der Zeitschrift Cell Reports Physical Science veröffentlicht.