Răcire radiantă și încălzire solară de către un sistem – Nu este necesară electricitate

Sistemul a scăzut temperatura în interiorul unui sistem de testare într-un mediu exterior sub lumina directă a soarelui cu peste 12 grade Celsius (22 grade Fahrenheit). Credit: Universitatea din Buffalo

Studiul descrie sistemul de răcire pasivă care are ca scop ajutarea comunităților sărace, reducerea costurilor de răcire și încălzire, reducerea emisiilor de CO2.

Răcirea pasivă, ca umbra pe care o oferă un copac, a existat pentru totdeauna.

Recent, cercetătorii au explorat modul în care supraalimentarea unei tehnici de răcire pasivă – cunoscută sub numele de răcire prin radiație sau cer – cu blocarea soarelui, nanomaterialele care emit căldură departe de acoperișurile clădirilor. Pe măsură ce s-au făcut progrese, această tehnologie ecologică nu este obișnuită, deoarece cercetătorii au încercat să maximizeze capacitățile de răcire ale materialelor.

Noi cercetări conduse de Universitatea din Buffalo inginerii fac progrese semnificative în acest domeniu.

Un studiu publicat în 8 februarie 2021, în jurnal Rapoarte celulare Știință fizică descrie un sistem de răcire radiant proiectat unic care:

  • Reduceți temperatura în interiorul unui sistem de testare într-un mediu exterior sub lumina directă a soarelui cu mai mult de 12 grade centigrad (22 grade Fahrenheit)
  • Reduceți temperatura cutiei de testare într-un laborator, care a fost destinat să simuleze noaptea, cu mai mult de 14 grade Celsius (25 grade Fahrenheit).
  • În același timp, captează suficientă energie solară care poate fi utilizată pentru încălzirea apei la aproximativ 60 de grade Celsius (140 grade Fahrenheit).

În timp ce sistemul testat avea doar 70 de centimetri (27,5 inci) pătrat, acesta ar putea fi în cele din urmă scalat pentru a acoperi acoperișurile, spun inginerii, cu scopul de a reduce dependența societății de combustibilii fosili pentru răcire și încălzire. De asemenea, poate ajuta comunitățile cu acces limitat la electricitate.

„Există o mare nevoie de încălzire și răcire în viața noastră de zi cu zi, în special răcirea în lumea încălzirii”, spune autorul principal al studiului, Qiaoqiang Gan, dr., Profesor de inginerie electrică la Școala de Inginerie și Științe Aplicate a UB.

Echipa de cercetare include Zongfu Yu, dr., Universitatea din Wisconsin-Madison; Boon Ooi, dr., Universitatea de Știință și Tehnologie King Abdullah (KAUST) din Arabia Saudită; și membri ai laboratorului Gani de la UB și ai laboratorului Ooi de la KAUST.

Răcire radiantă și încălzire solară

Noua tehnologie care asigură răcire radiantă și încălzire solară este un sistem și fără utilizarea energiei electrice sau a combustibilului. Credit: Universitatea din Buffalo

Proiectarea sistemului și materialele cheie pentru succes

Sistemul constă din ceea ce sunt în esență două oglinzi, formate din 10 straturi extrem de subțiri de dioxid de argint și siliciu, care sunt plasate în formă de V.

Aceste oglinzi absorb lumina soarelui, transformând energia solară din undele vizibile și aproape în infraroșu în căldură. Oglinzile reflectă, de asemenea, undele cu infraroșu mediu de la un „emițător” (o cutie verticală între două oglinzi), care apoi sare căldura pe care o transportă în cer.

„Deoarece emisia termică de pe ambele suprafețe ale emițătorului termic central se reflectă în cer, densitatea puterii de răcire locală în acest emițător se dublează, rezultând o scădere record de temperatură ridicată”, spune Gan.

„Majoritatea sistemelor de răcire radiante disipă energia solară, ceea ce limitează capacitățile de răcire ale sistemului”, spune Gan. „Chiar și cu o alegere spectrală perfectă, limita superioară pentru puterea de răcire cu o temperatură ambiantă de 25 grade Celsius este de aproximativ 160 de wați pe metru pătrat. În schimb, energia solară de aproximativ 1000 de wați pe metru pătrat pe aceste sisteme a fost irosită. “

Compania Spinoff își propune să comercializeze tehnologia

Gan a cofondat o companie spinoff, Sunny Clean Water LLC, care caută parteneri care să comercializeze această tehnologie.

„Una dintre inovațiile cheie ale sistemului nostru este abilitatea de a separa și menține încălzirea solară și răcirea radiantă în diferite componente dintr-un singur sistem”, spune co-autorul Lyu Zhou, doctorand în inginerie electrică la Școala de Inginerie și Aplicate Științe. „Noaptea, răcirea radiantă este ușoară deoarece nu avem date solare, astfel încât emisiile termice sunt pur și simplu stinse și înțelegem cu ușurință răcirea radiantă. Dar răcirea zilei este o provocare, deoarece soarele strălucește. „În această situație, trebuie să găsiți o strategie pentru a separa căldura solară de zona de răcire”.

Lucrarea se bazează pe cercetări anterioare efectuate de laboratorul Gan, implicat în crearea unui sistem de răcire în formă de con fără electricitate în orașele aglomerate pentru a se adapta schimbărilor climatice.

„Noua arhitectură de pe ambele părți a atins o densitate record de putere de răcire locală de peste 280 de wați pe metru pătrat. „Sub presiunea atmosferică standard fără izolație termică sub vid, am obținut o scădere a temperaturii de 14,5 grade Celsius sub temperatura ambiantă într-un cadru de laborator și peste 12 grade Celsius într-un test în aer liber folosind un sistem experimental simplu”, spune celălalt autor. Haomin Song, Dr., Profesor asistent de inginerie electrică la Școala de Inginerie și Științe Aplicate.

„Important, sistemul nostru nu consumă pur și simplu energie solară. În schimb, energia solară este absorbită de oglinzile solare spectrale selective și poate fi utilizată pentru încălzirea apei solare, care este folosită pe scară largă ca dispozitiv eficient din punct de vedere energetic în țările în curs de dezvoltare “, spune Gan.„ Poate rezista la efectele căldurii “. Efecte solare și radiații într-un singur sistem, fără a fi nevoie de energie electrică. Este într-adevăr un fel de sistem „magic” de gheață și foc. “

Echipa de cercetare va continua să investigheze modalități de îmbunătățire a tehnologiei, inclusiv examinând cum să capteze suficientă energie solară pentru a fierbe apa, făcând-o potrivită pentru băut.

Referință: „Răcire radiantă concentrată hibridă și încălzire solară într-un singur sistem” de Lyu Zhou, Haomin Song, Nan Zhang, Jacob Rada, Matthew Singer, Huafan Zhang, Boon S. Ooi, Zongfu Yu și Qiaoqiang Gan, 8 februarie 2021, Rapoarte celulare Știință fizică.
DOI: 10.1016 / j.xcrp.2021.100338

Lucrarea a fost susținută de finanțarea din cadrul programului Procese de transport termic al Fundației Naționale a Științei din SUA.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Forțele evolutive competitive conduc la evoluția rapidă a Salamander Color

Salamandrele patate sunt o specie răspândită în estul Statelor Unite, care se întorc în iazuri temporare în primăvară pentru a se reproduce. Credit:...

Ce dezvăluie un râu glaciar deasupra stratului de gheață din Groenlanda și creșterea globală a nivelului mării

La marginea stratului de gheață din Groenlanda, unde ghețarii se topesc constant, apa curge peste tot printr-un sistem complicat de lacuri și cursuri de...

Producția de energie durabilă prin reducerea electrochimică

Credit ilustrativ: Cortland Johnson | PNNL Rezervele mici de biomasă, cum ar fi apele uzate, deșeurile alimentare și așchii de lemn, sunt adesea trecute...

Orientările privind distanța fizică trebuie actualizate pentru a reflecta noi științe

De Universitatea Northwestern 12 aprilie 2021 Dr. Robert Murphy a spus că ar trebui să putem merge pe trei picioare. Dr. Robert Murphy, director executiv al Institutului...

Lupii cenușii s-au adaptat perioadei de hrănire și au dispărut din era glaciară

Lupii cenușii călăresc cai în mediul de stepă mamut din Beringia în timpul Pleistocenului (acum aproximativ 25.000 de ani). Credit: Julius Tsotonii Lupii cenușii...

Newsletter

Subscribe to stay updated.