Een voordelig passief koelsysteem dat geen stroom nodig heeft

• Nieuw passief koelsysteem zorgt voor effectieve koeling in warme omgevingen zonder gebruik te maken van door brandstof geproduceerde stroom.
• In droge omgevingen kan het tot 40°C onder de omgevingstemperatuur afkoelen.
• Het zou bestaande koelsystemen kunnen aanvullen om vaccins en voedsel op te slaan in warme, off-grid gebieden.

De bestaande koelmechanismen zijn gebaseerd op vloeistofgekoelde en dampcompressiesystemen, die vrij complex en duur zijn. Aan de andere kant gebruikt een passief koelsysteem, net als atmosferische stralingskoeling, de atmosfeer van de aarde op mid-infrarode golflengten om de temperatuur aanzienlijk te verlagen.

Jarenlang hebben onderzoekers over de hele wereld geprobeerd passieve koelsystemen te ontwikkelen, en tot nu toe zijn ze erin geslaagd deze systemen te bouwen met behulp van complexe fotonische instrumenten die duur zijn om te vervaardigen en niet op grote schaal kunnen worden gebruikt. De meeste zijn ontwikkeld om alle golflengten perfect te reflecteren en midden-infrarode straling uit te zenden.
Om dit te bereiken, moet u echter meerdere lagen materiaal toevoegen en hun diktes tot op nanometer nauwkeurig regelen.

Nu hebben onderzoekers van MIT een nieuw, goedkoop passief systeem ontwikkeld dat zorgt voor koeling op een warme zonnige dag, zonder dat er brandstof nodig is. Het zou andere koelsystemen kunnen aanvullen om medicijnen en voedsel in off-grid gebieden op te slaan/te bewaren.

Theoretisch is het systeem in staat om tot 20 °C onder de omgevingstemperatuur te koelen. Terwijl ze het demonstreerden, konden onderzoekers een koeling van 6 ° C bereiken. Om de temperatuur verder te verlagen, zou men traditionele thermo-elektrische koel- of koelsystemen kunnen gebruiken.

Hoe werkt het?

Het nieuwe passieve koelsysteem blokkeert eenvoudig het directe zonlicht, met behulp van een kleine strook die op 90 graden is geplaatst om het pad van de zon door de lucht te bedekken. Dit elimineert de noodzaak van tracking-instrument(en).

Een eenvoudig wit instrument, ontwikkeld door een combinatie van gepolijst aluminium, goedkope plastic folie en isolatie, zorgt voor voldoende warmteafgifte via straling in het midden-infraroodbereik. Meer specifiek maakt het gebruik van de spectrale overlap van de stralingsemissie van aardse objecten nabij omgevingstemperatuur tussen de golflengte van 8 en 13 micrometer.

Door een paraplu over het systeem te plaatsen en deze aan te vullen met isolatie, maakten onderzoekers overdag koeling effectiever. Ze voerden buitenexperimenten uit en ontdekten dat het systeem het directe zonlicht effectief blokkeerde terwijl het continu de midden-infrarode golflengten naar de lucht uitstraalde.

Referentie:Nature Communications | doi:10.1038/s41467-018-07293-9 | MIT

Een paar decennia geleden hadden wetenschappers alleen systemen ontwikkeld om de verwarming te verminderen. Maar nu gebruiken ze slim tinten en ondersteunende lichtfiltermechanismen om de temperatuur te verlagen.

Beperkingen en toepassingen

Afbeelding tegoed:Bikram Bhatia / MIT 

De systemen werken niet goed in een vochtige atmosfeer. Het vermindert de hoeveelheid infraroodstraling door de lucht, waardoor de hoeveelheid koeling wordt beperkt tot 20°C (onder de omgevingstemperatuur). Als de omgeving echter droog is, kan deze tot 40°C verkoeling opleveren.

Ook kan dit systeem niet worden gebruikt om hele huizen of gebouwen te koelen. Het kon alleen worden gebruikt voor koeltoepassingen, zoals het bewaren van voedsel en medicijnen in warme, off-grid gebieden. Hoewel de aanpak niet krachtig genoeg is om de temperaturen helemaal naar het vereiste niveau te brengen, kan het op zijn minst de belasting van bestaande koelsystemen verminderen, om alleen de laatste fase van koeling te bieden.

Het kan ook worden gebruikt in geconcentreerde fotovoltaïsche systemen, waarin speciale spiegels zonnestralen op zonnecellen concentreren om hun efficiëntie te verhogen. Deze systemen raken vaak oververhit en vereisen regelmatig thermisch onderhoud. Het passieve koelsysteem kan dit verwarmingsprobleem gemakkelijk regelen, waardoor actief thermisch beheer niet meer nodig is.

Lezen:Zonder radicale modernisering zullen AC's de aarde tegen 2100 1/2 graad Celsius warmer maken

De komende jaren proberen onderzoekers het systeem te verbeteren. De grootste uitdaging daarbij zou zijn om een ​​isolatiemateriaal te vinden dat kan voorkomen dat het hele systeem overmatig opwarmt door de buitenlucht.