211service.com
Materiał, który wyrzuca ciepło w kosmos, może wkrótce na nowo odkryć klimatyzację
Świątynia Jakuba
Eli Goldstein, świeżo upieczony współzałożyciel SkyCool Systems, otworzył drzwi garażowe z boku ciasnej przestrzeni roboczej spinoutu Stanford w Burlingame w Kalifornii i wtoczył na parking zestaw kwadratowych srebrnych paneli.
Były przechylone w stronę słońca, pokryte czymś, co wyglądało jak idealnie pozbawioną zagnieceń folią aluminiową i przymocowane do metalowej ramy, w której znajdowały się szereg rurek, rurek i termometrów.
Tego dnia temperatury na półwyspie San Francisco osiągnęły 104 stopnie Celsjusza, co było początkiem rzadkiej i palącej fali upałów w rejonie zatoki. Stając przed panelami, czułem się, jakbym przechodził obok otwartego piekarnika.
I właśnie o to chodzi. Panele SkyCool to zasadniczo nowoczesne lustra, zaprojektowane do chłodzenia budynków znacznie wydajniej niż tradycyjne systemy klimatyzacyjne, wykorzystując dziwne dziwactwo optyki, które pozwala wąskiemu pasmu promieniowania na ucieczkę w kosmos (patrz Niebo może skrywać sekret wydajności Klimatyzacja ). W zależności od zastosowania i warunków klimatycznych, technologia może obniżyć energię zużywaną do chłodzenia konstrukcji o 10 do 70 procent, zmniejszając jedno z największych pojedynczych wymagań dla amerykańskiej sieci i odpowiednio zmniejszając emisje gazów cieplarnianych.
Zrozumienie, jak to działa, wymaga trochę tła. Wszystkie obiekty wydzielają ciepło w postaci promieniowania podczerwonego, niewidzialnej formy światła na prawo od czerwieni w widmie. Celem kurtek, rękawiczek i szalików jest zatrzymanie jak największej ilości tego promieniowania, aby zapewnić nam ciepło w zimowe dni. Sama atmosfera, głównie w postaci cząsteczek wody, również oddaje część ciepła.
Jednak skrawek emisji w zakresie średniej podczerwieni (o długości fali od 8 do 13 mikrometrów, dla tych, którzy notują wyniki) prześlizguje się przez to, co zostało opisane jako okno w kosmos . Materiały emitujące promieniowanie w tym zakresie dosłownie rzucają je w zimne przestrzenie lub przynajmniej chłodną górną atmosferę, pozwalając samym powierzchniom zanurzyć się poniżej temperatury otaczającego powietrza. To naturalne zjawisko powoduje powstawanie szronu na powierzchniach pod gołym nocnym niebem, takich jak szyby samochodowe i źdźbła trawy, nawet gdy temperatury nie osiągają zera.
Kluczowym wyzwaniem dla wykorzystania tego mechanizmu w użyteczny sposób było to, że w ciągu dnia ciepło słoneczne generalnie niweluje efekt chłodzenia. Ale w badaniach opublikowanych po raz pierwszy w Natura pod koniec 2014 roku naukowcy SkyCool Systems obeszli ten problem, opracowując zaawansowany materiał dostrojony do emitowania światła podczerwonego w zakresie, który prześlizguje się przez atmosferę, jednocześnie odbijając 97 procent światła słonecznego. Umieszczony na dachu wystawionym na bezpośrednie działanie promieni słonecznych materiał utrzymywał się o 4,9 ˚C poniżej temperatury otoczenia, a moc chłodzenia 40,1 wata na metr kwadratowy.
Trzech badaczy zaangażowanych w tę pracę było współzałożycielami Systemy SkyCool zeszłej wiosny w celu komercjalizacji technologii. Goldstein jest dyrektorem technologicznym startupu; Aaswath Raman, główny autor oryginalnego artykułu i jednego z Przegląd technologii MIT 's 35 Innovators Under 35 w 2015 roku, pełni funkcję dyrektora naczelnego; oraz Fani Shanhui , profesor elektrotechniki w Stanford, pełni funkcję doradcy.
Panele pasywnego chłodzenia radiacyjnego SkyCool są poddawane testom terenowym w Davis w Kalifornii.
W zeszłym tygodniu badacze opublikowali uzupełnienie papier w Energia natury , pokazując, że powiększoną wersję technologii można wykorzystać do chłodzenia płynącej wody. Ustawiając panele z cienkimi rurami wodnymi biegnącymi bezpośrednio pod nimi, naukowcy obniżyli temperaturę wody o 5˚C w ciągu trzech dni testów. Wyniki sugerują, że tę technologię można włączyć do istniejących mechanizmów chłodzących poprzez wymianę lub rozszerzenie elementu skraplacza stosowanego w konwencjonalnej klimatyzacji i chłodnictwie. Poprzez modelowanie naukowcy wykazali, że zintegrowanie tej technologii z dwupiętrowym budynkiem biurowym w Las Vegas zmniejszyłoby zapotrzebowanie na energię elektryczną do chłodzenia w okresie letnim o 21%.
Możliwość doposażenia systemu w istniejące budynki, obniżające koszty dla właścicieli i najemców, oznacza, że potencjalny rynek jest ogromny. Około 14 procent całkowitej produkcji energii w USA trafia do chłodzenia budynków mieszkalnych i komercyjnych. Program Moonshot ARPA-E Departamentu Energii, który: dostarczył 3 miliony dolarów badaczom SkyCool w 2012 roku stwierdzili, że zaawansowane panele chłodzenia radiacyjnego mogą zmniejszyć o 10 do 20 procent tego zużycia i zmniejszyć szczytowe obciążenie sieci elektrycznej.
Ale znacznie większe oszczędności energii mogą być możliwe dla deweloperów, którzy zdecydują się na włączenie systemów chłodzenia radiacyjnego bezpośrednio do nowych budynków na etapie projektowania, mówi Nick Fernandez, analityk ds. energii w Pacific Northwest National Laboratory. Gdyby system był połączony z wodnym systemem chłodzenia promiennikowego — rzadkim, ale bardzo wydajnym sposobem chłodzenia budynków, który działa na zasadzie cyrkulacji wody zamiast nadmuchu powietrza — oszczędności energii na ogrzewanie, chłodzenie i wentylację mogłyby osiągnąć prawie 70 procent w idealnych warunkach klimatycznych , według analizy symulacyjnej opublikowany w 2015 r. , którego głównym autorem był Fernandez.
SkyCool nie jest jedyną firmą, która podąża za tym rynkiem. W lutym zespół inżynierów z University of Colorado w Boulder opublikował papier w Nauka opisujący hybrydowy materiał szklano-polimerowy, który w południe osiągnął moc chłodzenia radiacyjnego 93 (watów na metr kwadratowy) w bezpośrednim świetle słonecznym. Naukowcy podkreślili, że już zorientowali się, jak tanio wytwarzać rolki z materiału podobnego do folii, co czyni go potencjalnie opłacalną technologią na dużą skalę zarówno do zastosowań domowych, jak i komercyjnych. odnośnie do publikacji uniwersyteckiej.
Podobnie jak zespół ze Stanford, badacze z CU Boulder zebrali pieniądze z ARPA-E, złożyli wniosek o patent i założyli firmę, Radiowy chłodny. Naukowcy prowadzą rozmowy z potencjalnymi inwestorami i producentami – mówi Ronggui Yang, profesor inżynierii mechanicznej, współautor artykułu i pełniący obowiązki prezesa startupu.
Naukowcy SkyCool, którzy zabezpieczyli ograniczoną ilość dodatkowych funduszy federalnych i prywatnych, nadal poprawiają wydajność zaawansowanych materiałów. Raman, dyrektor generalny startupu, odmawia dyskusji na temat ostatecznej ceny produktów, ale uważa, że wszelkie koszty początkowe zostaną zrekompensowane długoterminowymi oszczędnościami energii. Jeśli grzejnik dachowy typu SkyCool można by wyprodukować i zainstalować za mniej niż 58 centów za stopę kwadratową, oszczędności energii pokryłyby te koszty w ciągu około pięciu lat, oszacowano w badaniu Pacific Northwest Lab.
Firma przeprowadza próby terenowe swojej najnowszej generacji paneli w Davis w Kalifornii, około dwóch godzin drogi od Burlingame w Dolinie Centralnej, oceniając tę technologię jako sposób na ulepszenie zarówno klimatyzacji, jak i komercyjnych systemów chłodniczych.
Kolejnym ważnym kamieniem milowym SkyCool będzie demonstracja na dużą skalę z wczesnym klientem lub partnerem, którą Raman i Goldstein mają nadzieję rozpocząć w przyszłym roku. Są skierowane do firm o dużych potrzebach w zakresie chłodzenia, takich jak supermarkety i centra danych, w których wszelkie oszczędności energii szybko się sumują. Rozmowy z potencjalnymi klientami już się rozpoczęły.