Tek bir sistemden radyatif soğutma ve güneş enerjisiyle ısıtma, elektrik gerekmez
Bir ağacın sağladığı gölge gibi pasif soğutma, sonsuza dek sürüyor.
Son zamanlarda araştırmacılar, güneş ışınlarını engelleyen, bina çatılarından ısı yayan nanomalzemeler ile radyasyon veya gökyüzü soğutma olarak bilinen pasif bir soğutma tekniğinin nasıl turbo şarj edileceğini araştırıyorlar. İlerleme kaydedilmiş olsa da, bu çevre dostu teknoloji sıradan değil çünkü araştırmacılar malzemelerin soğutma yeteneklerini en üst düzeye çıkarmak için mücadele ettiler.
University at Buffalo mühendisleri tarafından yürütülen yeni araştırma, bu alanda önemli ilerleme kaydetmektedir.
Cell Reports Physical Science dergisinde 8 Şubat'ta yayınlanan bir çalışmada , benzersiz şekilde tasarlanmış bir radyatif soğutma sistemi açıklanmaktadır:
- Doğrudan güneş ışığı altında bir dış ortamda bir test sistemi içindeki sıcaklığı 12 santigrat dereceden (22 derece Fahrenheit) fazla düşürdü.
- Geceyi simüle etmek için laboratuvardaki test kutusunun sıcaklığını 14 santigrat dereceden (25 derece Fahrenheit) fazla düşürdü.
- Aynı anda, suyu yaklaşık 60 santigrat dereceye (140 derece Fahrenheit) ısıtmak için kullanılabilecek yeterli güneş enerjisi yakaladı.
Mühendisler, test edilen sistem sadece 70 santimetre (27,5 inç) kare iken, toplumun fosil yakıtlara olan bağımlılığını soğutma ve ısıtma için azaltmak amacıyla, sonunda çatıları kaplayacak şekilde ölçeklendirilebileceğini söylüyor. Ayrıca, elektriğe sınırlı erişimi olan topluluklara da yardımcı olabilir.
Çalışmanın baş yazarı, UB Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu'nda elektrik mühendisliği profesörü olan Qiaoqiang Gan, "Günlük hayatımızda, özellikle ısınma dünyasında ısıtma ve soğutmaya büyük ihtiyaç var" diyor.
Araştırma ekibi, Wisconsin-Madison Üniversitesi'nden Zongfu Yu; Boon Ooi, PhD, Suudi Arabistan Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (KAUST); ve Gan'ın UB'deki laboratuvarının ve Ooi'nin KAUST'taki laboratuvarının üyeleri.
Başarının anahtarı sistem tasarımı ve malzemeleri
Sistem, temelde V şeklinde yerleştirilmiş 10 son derece ince gümüş ve silikon dioksit katmanından oluşan iki aynadan oluşur.
Bu aynalar gelen güneş ışığını emerek güneş enerjisini görünür ve kızıl ötesine yakın dalgalardan ısıya dönüştürür. Aynalar ayrıca bir "yayıcıdan" (iki ayna arasında dikey bir kutu) gelen orta kızılötesi dalgaları da yansıtır ve bu da daha sonra taşıdıkları ısıyı gökyüzüne yansıtır.
Gan, "Merkezi termal yayıcının her iki yüzeyinden gelen termal emisyon gökyüzüne yansıtıldığından, bu yayıcı üzerindeki yerel soğutma gücü yoğunluğu iki katına çıkar ve rekor düzeyde yüksek sıcaklık düşüşüne yol açar" diyor.
Gan, "Radyatif soğutma sistemlerinin çoğu güneş enerjisini dağıtır ve bu da sistemin soğutma kapasitesini sınırlar," diyor. "Mükemmel bir spektral seçimle bile, 25 santigrat derece ortam sıcaklığında soğutma gücünün üst sınırı metrekare başına yaklaşık 160 watt'tır. Buna karşılık, bu sistemlerin üzerinde metrekare başına yaklaşık 1000 watt'lık güneş enerjisi sadece boşa harcandı. "
Spinoff şirketi teknolojiyi ticarileştirmeyi hedefliyor
Gan, bu teknolojiyi ticarileştirmek için ortaklar arayan bir yan şirket olan Sunny Clean Water LLC'yi kurdu.
Mühendislik Fakültesi'nde elektrik mühendisliği alanında doktora adayı olan ilk yazar Lyu Zhou, "Sistemimizin en önemli yeniliklerinden biri, tek bir sistemde farklı bileşenlerde güneş enerjisiyle ısıtma ve radyatif soğutmayı ayırma ve muhafaza etme yeteneğidir" diyor. ve Uygulamalı Bilimler. "Gece boyunca, radyatif soğutma kolaydır çünkü güneş enerjisi girdimiz yoktur, bu nedenle termal emisyonlar sadece söner ve radyatif soğutmayı kolayca gerçekleştiririz. Ancak gündüz soğutma bir zorluktur çünkü güneş parlıyor. Bu durumda, yapmanız gereken güneş enerjisiyle ısıtmayı soğutma alanından ayırmak için stratejiler bulun. "
Çalışma, iklim değişikliğine uyum sağlamak için kalabalık şehirlerde elektriksiz soğutma için koni şeklinde bir sistem oluşturmayı içeren Gan'ın laboratuvarı öncülüğündeki önceki araştırmaya dayanıyor.
"Yeni çift taraflı mimari, metrekare başına 280 watt'ın üzerinde rekor bir yerel soğutma gücü yoğunluğu gerçekleştirdi. Vakumlu termal izolasyon olmadan standart atmosferik basınç altında, bir laboratuvar ortamında ortam sıcaklığının 14,5 santigrat derece altında bir sıcaklık düşüşü gerçekleştirdik ve Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu'nda elektrik mühendisliği araştırma yardımcı doçenti olan diğer ilk yazar Haomin Song, basit bir deneysel sistem kullanarak açık havada yapılan bir testte 12 derecenin üzerinde, "diyor.
"Önemlisi, sistemimiz sadece güneş enerjisi girdi enerjisini boşa harcamıyor. Bunun yerine, güneş enerjisi spektral seçici aynalar tarafından emiliyor ve gelişmekte olan ülkelerde enerji verimli bir cihaz olarak yaygın olarak kullanılan güneş enerjili su ısıtması için kullanılabilir. "diyor Gan. "Elektriğe ihtiyaç duymadan tek bir sistemde hem güneş enerjisiyle ısıtma hem de radyatif soğutma etkilerini koruyabilir. Bu gerçekten bir tür buz ve köknarın 'sihirli' bir sistemidir."
Araştırma ekibi, suyu kaynatmak için yeterli güneş enerjisinin nasıl yakalanarak içme için uygun hale getirileceğini incelemek de dahil olmak üzere teknolojiyi iyileştirmenin yollarını araştırmaya devam edecek.
