Il nuovo sistema senza elettricità raffredda gli edifici e riscalda l'acqua

I condizionatori d'aria e altri sistemi di raffreddamento sono tra i maggiori consumatori di elettricità, quindi trovare modi per raffreddare passivamente gli edifici sarà importante in futuro. Ora i ricercatori dell'Università di Buffalo hanno sviluppato un prototipo di dispositivo ibrido in grado non solo di raffreddare bruscamente gli edifici senza utilizzare l'elettricità, ma anche di catturare l'energia solare per riscaldare l'acqua.

I sistemi di raffrescamento radiante, realizzati negli anni in molteplici forme, assorbono il calore dall'interno di una stanza o di un edificio e lo irradiano in onde infrarosse verso il cielo. A queste lunghezze d'onda, l'atmosfera terrestre è "invisibile" alle radiazioni, il che significa che nulla impedisce al calore di fuoriuscire direttamente nel freddo dello spazio.

Questi dispositivi utilizzano pannelli realizzati con materiali in grado di assorbire e irradiare calore. Un modo logico per orientare questi pannelli che emettono calore è avere un lato rivolto verso il cielo come un pannello solare, ma il team dietro il nuovo studio afferma che questo non è il metodo più efficiente. I pannelli irradiano calore da entrambi i lati, quindi in questa posizione una parte del calore viene irradiata a terra.

Quindi, per il nuovo design, i ricercatori hanno spostato l'emettitore di calore in modo che il calore possa essere raccolto da entrambi i lati e trasferito nello spazio. Per fare ciò, hanno posizionato l'emettitore termico verticalmente tra una coppia di specchi disposti a forma di V. Questi specchi riflettono quindi le onde infrarosse nel cielo.

"Poiché la radiazione termica da entrambe le superfici del radiatore di calore centrale viene riflessa nel cielo, la densità di potenza di raffreddamento locale su quel radiatore raddoppia, con un conseguente calo di temperatura di tutti i tempi", ha detto Qiaoqiang Gang, autore principale dello studio.

Attraverso la sperimentazione, il team ha dimostrato che il dispositivo è in grado di abbassare la temperatura all'interno del banco di prova di oltre 12 ° C alla luce solare diretta e di oltre 14 ° C durante la notte simulata.

Gli specchi sono anche più avanzati di quanto potresti pensare. Costituiti da 10 sottili strati di argento e biossido di silicio, sono progettati per gestire selettivamente diverse lunghezze d'onda.

Riflettono le onde del medio infrarosso dall'emettitore, assorbendo le onde del sole visibili e del vicino infrarosso. Ciò impedisce al calore solare di neutralizzare l'effetto di raffreddamento, aumentando l'efficienza.

Inoltre, il calore assorbito dagli specchi può essere utilizzato a vantaggio: in questo test, gli scienziati lo hanno utilizzato per riscaldare l'acqua a 60 ° C.

"La maggior parte dei sistemi di raffreddamento radiativo dissipano l'energia solare, il che limita la capacità di raffreddamento del sistema", affermano i ricercatori. “Anche con una selezione spettrale ideale, il limite superiore della capacità di raffreddamento a una temperatura ambiente di 25 ° C è di circa 160 watt per metro quadrato. Al contrario, l'energia solare di circa 1000 watt per metro quadrato di questi sistemi è stata semplicemente sprecata ".

I ricercatori affermano che il nuovo dispositivo potrebbe aiutare a ridurre i costi e il carico ambientale associato al raffreddamento, che rimane una delle maggiori fonti di consumo energetico. Per ora, tuttavia, l'attenzione si concentrerà sul ridimensionarlo fino alle dimensioni di un tetto: il modello di prova misurava solo 70 cm2.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Cell Reports Physical Science.