Устройство пассивного отопления и охлаждения без электричества

Эти зеркала поглощают падающий солнечный свет, преобразовывая видимое излучение и близкие к видимому спектру инфракрасные волны в тепло. Зеркала также отражают волны среднего инфракрасного диапазона от «излучателя» (вертикальный прямоугольник между двумя зеркалами), направляя их в небо

Очередное открытие позволяет добиться значительного прогресса в организации охлаждения и отопления объектов с помощью волнового переноса тепловой энергии.

В работе, опубликованной в журнале Cell Reports Physical Science [1], дается описание уникальной системы, с помощью которой были достигнуты следующие параметры:

Тестируемая система имела площадь всего 70 см². В дальнейшем ее можно масштабировать до размеров, например, крыш домов, позволяя организовать полноценные системы охлаждения и обогрева.

Конструкция устройства и используемые материалы

Система состоит из двух зеркал, изготовленных из 10-и очень тонких слоев серебра и диоксида кремния, расположенных в форме буквы «V».

Эти зеркала поглощают падающий солнечный свет, преобразовывая видимое излучение и близкие к видимому спектру инфракрасные волны в тепло. Зеркала также отражают волны среднего инфракрасного диапазона от «излучателя» (вертикальный прямоугольник между двумя зеркалами), направляя их в небо.

«Поскольку тепловое излучение от обеих поверхностей центрального теплового излучателя отражается в небо, локальная плотность мощности охлаждения на этом излучателе удваивается, что приводит к рекордно высокому снижению температуры в этой области».

«Большинство систем радиационного охлаждения рассеивают солнечную энергию, что ограничивает их охлаждающие возможности». «Даже при идеальной спектральной выборке верхний предел охлаждающей способности подобных устройств при температуре окружающей среды 25 градусов Цельсия составляет около 160 Вт на квадратный метр. Остальная часть солнечного теплового потока плотностью около 1000 Вт на квадратный метр в этих системах просто утрачивается».

«Одним из ключевых нововведений предлагаемой системы является способность одновременного использования солнечного нагрева и радиационного охлаждения разными компонентами одной системы». Представленная работа основана на предыдущем исследовании, которое включало создание конусообразной системы охлаждения без использования электричества.

«Двусторонняя конструкция позволила добиться рекордной локальной плотности охлаждающего потока, превышающего 280 Вт на квадратный метр. При стандартном атмосферном давлении без вакуумной термоизоляции было зафиксировано снижение температуры на 14,5 градусов Цельсия ниже окружающей среды в лабораторных условиях, а на открытом воздухе - более чем на 12 градусов». «Солнечная энергия поглощается солнечными спектральными селективными зеркалами, и ее можно использовать для солнечного нагрева воды».

Ссылки:

1. https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2021.100338

Источник: University at Buffalo