211service.com
Materiał chłodzi budynki, wysyłając ciepło w kosmos
Materiał, który jednocześnie odbija światło i emituje ciepło z częstotliwościami, które przepuszczają je przez ziemską atmosferę, może pewnego dnia pomóc w ochłodzeniu budynków w upalne dni. Materiał schładza się do temperatury poniżej otaczającego powietrza i został przetestowany na dachu Uniwersytetu Stanforda przez jego wynalazców, którzy obecnie pracują nad skalowaniem projektu.
Nowy materiał wykorzystuje sztuczki inżynierii optycznej, aby zachowywać się w sposób sprzeczny z intuicją i na pierwszy rzut oka wydaje się naruszać prawa termodynamiki, mówi inżynier elektryk Stanford Shanhui Fan , który go opracował.
Zwykle sposobem na ochłodzenie czegoś jest umieszczenie go w zimnym miejscu; gorący obiekt wypromieniuje nadmiar ciepła do otoczenia. Materiał wentylatora staje się chłodniejszy niż jego otoczenie, odbijając światło i emitując ciepło ze starannie dobranymi częstotliwościami. Materiał emituje ciepło z częstotliwościami odpowiadającymi oknu termicznemu planety — od 8 do 13 mikrometrów — co pozwala mu przejść przez atmosferę w kosmos. Skutecznie chłodzi, wykorzystując przestrzeń kosmiczną jako radiator.
Przez dziesięciolecia naukowcy badali ten efekt, zwany pasywnym chłodzeniem radiacyjnym, aby spróbować stworzyć systemy, które bardziej efektywnie chłodzą budynki, emitując ciepło w nocy. I podobnie jak Fan, niektórym udało się stworzyć materiały, które emitują ciepło w oknie termicznym. Ale żaden pasywny system chłodzenia wcześniej nie działał w ciągu dnia, ponieważ wszystkie takie materiały również pochłaniają światło słoneczne. W rzeczywistości materiały, które bardzo dobrze emitują ciepło, są zwykle czarne, co oznacza, że pochłaniają dużo światła słonecznego.
Fan znalazł sposób na zrobienie materiału, który nie tylko promieniuje w oknie termicznym, ale także odbija światło jak lustro. Stworzył materiał przez nakładanie cienkich warstw naprzemiennych warstw dwutlenku krzemu (szkła) i tlenku hafnu na ośmiocalowy wafel krzemowy. Materiał odbija 97 procent światła słonecznego i oddaje ciepło w oknie termicznym.
Coś, co stygnie zamiast nagrzewać się na słońcu, jest sprzeczne z intuicją, ale właśnie do tego zostało zaprojektowane urządzenie, mówi Fan.
Aby zademonstrować dziwne właściwości tego warstwowego materiału, naukowcy ze Stanford porównali go z pomalowanym na czarno silikonem – dobrym radiatorem – i aluminium – dobrym reflektorem. Konstrukcja pasywnej chłodnicy jest opisana dzisiaj w czasopiśmie Natura .
Ci faceci przesunęli granice dzięki sprytnej inżynierii optycznej, mówi Geoff Smith , fizyk stosowany na Uniwersytecie Technologicznym w Sydney w Australii. Smith i inni zademonstrowali materiały i systemy do pasywnego chłodzenia budynków nocą. Ale poprzednie systemy nie odbijały również światła słonecznego, więc nie ochładzały się w ciągu dnia.
Fan mówi, że pokrycie całego dachu materiałem powinno wyeliminować potrzebę klimatyzacji. Grupa planuje wykorzystać technologię produkcji używaną do produkcji okien powlekanych i być może uda się wykonać materiał, który ma tylko około dwóch mikrometrów grubości, na lekkich foliach plastikowych, aby ułatwić montaż. Ale następny krok jest skromny: przejdą od ośmiocalowej wersji demonstracyjnej do płytki materiału o powierzchni metra kwadratowego.