Un nouveau système sans électricité refroidit les bâtiments et chauffe l'eau

Les climatiseurs et autres systèmes de refroidissement sont parmi les plus gros consommateurs d'électricité, il sera donc important à l'avenir de trouver des moyens de refroidir passivement les bâtiments. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de Buffalo ont développé un prototype de dispositif hybride qui peut non seulement refroidir fortement les bâtiments sans utiliser d'électricité, mais également capter l'énergie solaire pour chauffer l'eau.

Les systèmes de refroidissement par rayonnement, construits au fil des ans sous de nombreuses formes, absorbent la chaleur de l'intérieur d'une pièce ou d'un bâtiment et la rayonnent dans des ondes infrarouges vers le ciel. À ces longueurs d'onde, l'atmosphère terrestre est "invisible" aux radiations, ce qui signifie que rien n'empêche la chaleur de s'échapper directement dans le froid de l'espace.

Ces appareils utilisent des panneaux constitués de matériaux capables d'absorber et de rayonner la chaleur. Une façon logique d'orienter ces panneaux émettant de la chaleur est d'avoir un côté face au ciel comme un panneau solaire, mais l'équipe derrière la nouvelle étude dit que ce n'est pas la méthode la plus efficace. Les panneaux rayonnent de la chaleur des deux côtés, donc dans cette position une partie de la chaleur est rayonnée vers le sol.

Ainsi, pour la nouvelle conception, les chercheurs ont déplacé l'émetteur de chaleur afin que la chaleur puisse être collectée des deux côtés et transférée dans l'espace. Pour ce faire, ils ont positionné l'émetteur thermique verticalement entre une paire de miroirs disposés en forme de V. Ces miroirs réfléchissent alors les ondes infrarouges vers le ciel.

«Alors que le rayonnement thermique des deux surfaces du radiateur central est réfléchi dans le ciel, la densité de puissance de refroidissement locale sur ce radiateur double, ce qui entraîne une baisse de température sans précédent», a déclaré Qiaoqiang Gang, auteur principal de l'étude.

Par l'expérimentation, l'équipe a montré que l'appareil est capable d'abaisser la température à l'intérieur du banc d'essai de plus de 12 ° C en plein soleil et de plus de 14 ° C pendant la nuit simulée.

Les miroirs sont également plus avancés que vous ne le pensez. Fabriqués à partir de 10 fines couches d'argent et de dioxyde de silicium, ils sont conçus pour gérer sélectivement différentes longueurs d'onde.

Ils réfléchissent les ondes infrarouges moyennes de l'émetteur, absorbant les ondes visibles et proches infrarouges de la lumière du soleil. Cela empêche la chaleur solaire de neutraliser l'effet de refroidissement, augmentant ainsi l'efficacité.

De plus, la chaleur absorbée par les miroirs peut être utilisée à l'avantage - dans ce test, les scientifiques l'ont utilisée pour chauffer l'eau à 60 ° C.

«La plupart des systèmes de refroidissement radiatifs dissipent l'énergie solaire, ce qui limite la capacité de refroidissement du système», disent les chercheurs. «Même avec une sélection spectrale idéale, la limite supérieure de la capacité de refroidissement à une température ambiante de 25 ° C est d'environ 160 watts par mètre carré. Au contraire, l'énergie solaire d'environ 1000 watts par mètre carré de ces systèmes a été tout simplement gaspillée. "

Les chercheurs affirment que le nouvel appareil pourrait contribuer à réduire les coûts et le fardeau environnemental associé au refroidissement, qui reste l'une des plus grandes sources de consommation d'énergie. Pour l'instant, cependant, l'accent sera mis sur sa mise à l'échelle jusqu'à la taille d'un toit - le modèle d'essai ne mesurait que 70 cm2.

L'étude a été publiée dans la revue Cell Reports Physical Science.