Betaalbaar Stroomloos Passief Koelsysteem Haalt 40°C Onder Omgevingstemperatuur

• Nieuw passief koelsysteem biedt effectieve koeling in hete omgevingen zonder brandstof-geproduceerde stroom te gebruiken.
• In droge omgevingen kan het koeling tot 40°C onder de omgevingstemperatuur leveren.
• Het zou bestaande koelsystemen kunnen aanvullen om vaccins en voedsel op te slaan in hete, off-grid gebieden.

Bestaande koelmechanismen vertrouwen op vloeistof-gekoelde en dampcompressiesystemen, die tamelijk complex en duur zijn. Passief koelsysteem, aan de andere kant, zoals atmosferische radiatieve koeling gebruikt de aardatmosfeer bij mid-infrarode golflengtes om temperaturen op significant niveaus te verlagen.

Jarenlang hebben onderzoekers over de hele geprobeerd passieve koelsystemen te ontwikkelen, en tot nu toe zijn ze in staat geweest om deze systemen te bouwen met complexe fotonische instrumenten die duur te produceren zijn en niet breed gebruikt kunnen worden. Meesten zijn ontwikkeld om alle golflengtes perfect te reflecteren en mid-infrarode straling te emitteren. Echter, om dit te bereiken, moet u meerdere lagen materialen toevoegen en hun dikte controleren tot nanometer precisie.

Nu hebben onderzoekers van MIT een nieuwe, goedkope passieve systeem ontwikkeld dat koeling biedt op een hete zonnige dag, zonder brandstof-geproduceerde stroom te vereisen. Het zou andere koelsystemen kunnen aanvullen om geneesmiddelen en voedsel te bewaren in off-grid gebieden.

Theoretisch is het systeem in staat om koeling tot 20°C onder de omgevingstemperatuur te leveren. Echter, tijdens demonstratie bereikten onderzoekers een koeling van 6°C. Om de temperatuur verder te verlagen, kan men traditionele thermoelektrische koeling of koelsystemen gebruiken.

Hoe Werkt Het?

Het nieuwe passieve koelsysteem blokkeert simpelweg direct zonlicht, met een kleine strook geplaatst op 90 graden om het pad van de zon over de hemel te bedekken. Dit elimineert de noodzaak van tracking-instrument(en).

Een simpel wit instrument, ontwikkeld door gepolijst aluminium, goedkope plastic film, en isolatie te combineren, stelt voldoende warmte-emissie via straling in het mid-infrarood bereik mogelijk. Specifiek, het benut de spectrale overlap van de radiatieve emissie van aardse objecten nabij omgevingstemperatuur tussen de golflengte van 8 en 13 micrometer.

Door een paraplu over het systeem te plaatsen en het aan te vullen met isolatie, maakten onderzoekers koeling effectiever overdag. Ze voerden buitentests uit en vonden dat het systeem effectief direct zonlicht blokkeerde terwijl het continu mid-infrarode golflengtes naar de hemel emitteerde.

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

Enkele decennia geleden hebben wetenschappers alleen systemen ontwikkeld om verhitting te verminderen. Maar nu gebruiken ze slim schaduw samen met ondersteunende lichtfiltermechanismen om de temperatuur te verlagen.

Beperkingen En Toepassingen

Afbeelding credit: Bikram Bhatia / MIT

Het systeem werkt niet goed in een vochtige atmosfeer. Het verlaagt de hoeveelheid infrarode emissie door de lucht, wat de hoeveelheid koeling beperkt tot 20°C (onder de omgevingstemperatuur). Echter, als de omgeving droog is, kan het tot 40°C koeling opleveren.

Ook kan dit systeem niet gebruikt worden om hele huizen of gebouwen te koelen. Het kan alleen gebruikt worden voor koeltoepassingen, zoals het opslaan van voedsel en geneesmiddelen in hete, off-grid gebieden. Hoewel de benadering niet krachtig genoeg is om temperaturen helemaal naar vereiste niveaus te brengen, kan het ten minste de last op bestaande koelsystemen verminderen, om alleen de laatste fase van koeling te leveren.

Het kan ook gebruikt worden in geconcentreerde fotovoltaïsche systemen, waarin speciale spiegels zonstralen op zonnecellen focussen om hun efficiëntie te verhogen. Deze systemen oververhitten vaak en vereisen regelmatige thermische onderhoud. Het passieve koelsysteem kan dit verhittingsprobleem gemakkelijk controleren, wat de noodzaak van actief thermisch beheer elimineert.

Lees ook: Zonder Radicale Modernisering, Zullen Airco's De Aarde 0,5 Graad Celsius Warmer Maken Tegen 2100

In de komende jaren zullen onderzoekers proberen het systeem te verbeteren. De grootste uitdaging daarbij zou het ontdekken van een isolatiemateriaal zijn dat in staat is het hele systeem te voorkomen van excessieve opwarming door de externe lucht.