Аэрогель для эффективного радиационного охлаждения
Фото: В полевых испытаниях производительность устройства радиационного охлаждения измерялась при ярком солнечном свете, как с изоляционным материалом (слева), так и без него (справа). Изображение принадлежит исследователям
TEPLOKARTA 09.11.2019 1 222

Устройство MIT охлаждается без электричества и движущихся частей, даже под палящим солнцем

Охлаждение жизненно важно для уменьшения нехватки продовольствия, повышения благосостояния людей и обеспечения устойчивого экономического роста. Нехватка и недостаточное охлаждение скоропортящихся пищевых продуктов в развивающихся странах по-прежнему остается причиной более 40% порчи продовольствия после сбора урожая.

Кроме того, использование кондиционеров в более жарких частях мира может возрасти с ростом населения и экономической активности, что еще больше увеличит мировое энергопотребление. К счастью, существуют пассивные, доступные и более эффективные решения для охлаждения, которые могут снизить порчу продуктов, а также удовлетворить потребности в энергии для охлаждения помещений.

Одним из таких подходов, который вызвал заметный интерес в последние годы, является радиационное охлаждение - пассивное охлаждающее решение, основанное на естественном излучении инфракрасного (ИК) излучения земных объектов в холодное космическое пространство через ИК -прозрачное окно атмосферы (от 8 до 13 мкм).

Благодаря радиационному отводу тепла в космос, радиационное охлаждение теоретически может пассивно охлаждать поверхность (излучатель), обращенную к небу, до температуры более чем на 50°C ниже температуры окружающей среды.

Тем не менее, экспериментальное достижение естественного охлаждения или существенной охлаждающей способности под прямыми солнечными лучами оказалось сложной задачей из-за значительного поглощения солнечной энергии материалами и паразитного прирост тепла.

Исследователи продемонстрировали охлаждающее устройство, которое не имеет движущихся частей и работает по принципу радиационного охлаждения. Оно отражает поступающий солнечный свет, чтобы не нагреваться, и в то же время эффективно излучает инфракрасные волны, тепло, которое уходит прямо в небо и в космос, охлаждаясь значительно ниже температуры окружающего воздуха.

Ключом к функционированию этой простой, недорогой системы является особый вид изоляции, изготовленный из полиэтиленовой пены, называемый аэрогелем - легким материалом, напоминающим зефир. Изнутри он прозрачен для инфракрасных лучей, которые переносят тепло, что позволяет им свободно выходить наружу.

Новая система описана в статье, опубликованной в журнале Science Advances.

Минимизация прироста тепла

Радиационное охлаждение - это процесс, который возникает у большинства горячих предметов, когда они охлаждаются. Они испускают инфракрасное излучение среднего диапазона, которое переносит тепловую энергию от объекта прямо в космос, потому что воздух прозрачен для инфракрасных волн.

Новое устройство основано на концепции, которая была продемонстрирована год назад, в которой также использовалось радиационное охлаждение, но применялся физический барьер, узкая полоска металла, чтобы защитить устройство от прямых солнечных лучей и предотвратить его нагрев. Это устройство работало, но обеспечивало менее половины количества охлаждающей энергии, чем новая система с высокоэффективным изолирующим слоем.

Аэрогель блокирует более 90% поступающего солнечного света, защищая тем самым поверхность под ним от нагрева, и позволяет примерно 80% тепловых лучей свободно выходить наружу.

Аэрогели - это легкие материалы, которые состоят в основном из воздуха и обеспечивают очень хорошую теплоизоляцию, они состоят из микроскопических пенообразных образований.

Тестирование устройства

Испытание устройства проводилось в чилийской пустыне Атакама, где практически нет осадков, но, будучи прямо на экваторе, светит яркий солнечный свет. Было достигнуто охлаждение на 13 °С в солнечный полдень. Аналогичные тесты на кампусе MIT в Кембридже, штат Массачусетс, показали охлаждение чуть ниже 10 °С.

Исследователи утверждают, что этого достаточно для того, чтобы обеспечить сохранность продуктов в отдаленных местах. Кроме того, его можно использовать для обеспечения начального охлаждения помещения перед включением электричества, минимизируя, таким образом, нагрузку на системы, чтобы позволить им работать более эффективно при меньшей мощности.

Исследователи продолжают работать над эффективностью системы, чтобы ее можно было использовать для кондиционирования воздуха в зданиях без электричества. Радиационное охлаждение уже сейчас интегрируется с некоторыми существующими системами кондиционирования воздуха для повышения их эффективности.

Применение аэрогеля уже сейчас дает высокий уровень охлаждения под прямыми солнечными лучами, в сравнении с любой другой пассивной излучающей системой, кроме тех, которые используют в качестве изолятора вакуум, что очень эффективно, но тяжело в изготовлении, дорого и хрупко.

 

Цитирование: «Высокоэффективное радиационное охлаждение в условиях окружающей среды, обеспечиваемое оптически селективным и теплоизоляционным полиэтиленовым аэрогелем», авторы А. Леруа, Б. Бхатия, С. К. Келсолл, А. Кастильехо-Куберос, М. Ди Капуа, Л. Чжао, Л. Чжан, А.М. Гусман и Е.Н. Ван, 30 октября 2019 г, Science Advances

DOI: 10.1126 / sciadv.aat9480

Комментарии

Комментарий пользователя Facebook

Алексей Поляков

Гораздо проще и эффективнее сделать радиационное охлаждение в потолке или стенах. Формируются 2 канала из пластика шириной несколько мм - сухой и влажный. Во влажный рабочий канал, покрытый увлажненным испарительным материалом, подается внешний горячий воздух. Испаряясь, влага отводит от воздуха скрытое тепло и сильно увлажненный воздух выбрасывается наружу. Прохлада через пластиковую стенку за счет тепломассообмена передается в сухой продуктовый канал, через вторую стенку которого прохлада передается в помещение. Такая система способна охладить продуктовый воздух до температуры точки росы внешнего воздуха.

Написать комментарий

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности