電気のない新しいシステムは、建物を冷やし、水を温めます

エアコンやその他の冷却システムは電力の最大の消費者の1つであるため、建物を受動的に冷却する方法を見つけることが将来的に重要になります。現在、バッファロー大学の研究者は、電気を使用せずに建物を急激に冷却するだけでなく、太陽エネルギーを捕捉して水を加熱することができるプロトタイプのハイブリッドデバイスを開発しました。

何年にもわたってさまざまな形で構築された放射冷却システムは、部屋や建物の内部から熱を吸収し、赤外線で空に向けて放射します。これらの波長では、地球の大気は放射に対して「見えない」ので、熱が宇宙空間の寒さに直接逃げるのを妨げるものは何もありません。

これらのデバイスは、熱を吸収および放射できる材料で作られたパネルを使用しています。これらの熱放出パネルを方向付ける論理的な方法は、太陽電池パネルのように片側を空に向けることですが、新しい研究の背後にあるチームは、これが最も効率的な方法ではないと言います。パネルは両側から熱を放射するため、この位置では熱の一部が地面に放射されます。

そこで、新しい設計では、熱を両側から集めて宇宙に移すことができるように、研究者たちは熱エミッターを動かしました。これを行うために、彼らはV字型に配置された一対のミラーの間に熱エミッターを垂直に配置しました。これらのミラーは赤外線を空に反射します。

「中央のラジエーターの両面からの熱放射が空に反射されると、そのラジエーターの局所的な冷却電力密度が2倍になり、その結果、常に温度が低下します」と、研究の筆頭著者であるQiaoqiangGang氏は述べています。

実験を通じて、チームは、デバイスが直射日光下で12°C以上、シミュレートされた夜間で14°C以上テストリグ内の温度を下げることができることを示しました。

ミラーもあなたが思っているよりも進んでいます。銀と二酸化ケイ素の10の薄層から作られ、それらは異なる波長を選択的に処理するように設計されています。

それらはエミッターからの中赤外線を反射し、太陽光の可視および近赤外線を吸収します。これにより、太陽熱が冷却効果を中和するのを防ぎ、効率を高めます。

さらに、ミラーによって吸収された熱を有利に使用できます。このテストでは、科学者はそれを使用して水を60°Cに加熱しました。

「ほとんどの放射冷却システムは太陽エネルギーを放散し、システムの冷却能力を制限します」と研究者たちは言います。 「理想的なスペクトル選択を行ったとしても、25°Cの周囲温度での冷却能力の上限は1平方メートルあたり約160ワットです。それどころか、これらのシステムの1平方メートルあたり約1000ワットの太陽エネルギーは単に無駄にされました。」

研究者たちは、新しいデバイスは、依然として最大のエネルギー消費源の1つである冷却に関連するコストと環境負荷の削減に役立つ可能性があると述べています。ただし、今のところ、屋根のサイズにスケールアップすることに焦点が当てられます。テストモデルの測定値はわずか70cm2です。

この研究は、ジャーナルCell Reports PhysicalScienceに掲載されました。