Устройство радиационного охлаждения с аэрогелем без электричества

Устройство MIT охлаждает без электричества и подвижных частей, даже под палящим солнцем

Охлаждение необходимо, чтобы бороться с отсутствием продовольствия, повышать благосостояние людей и создавать устойчивый экономический рост. В развивающихся странах не хватает холодильных установок и по этой причине по-прежнему более 40% пищевых продуктов портится после сбора урожая.

Кроме того, число кондиционеров в жарких регионах мира растет и повышается мировое энергопотребление. К счастью, существуют пассивные, доступные и производительные холодильные технологии, которые снижают порчу продуктов и охлаждают помещения.

Одним из таких подходов, интерес к которому в последние годы растет, является радиационное охлаждение - пассивная технология, которая основана на естественном инфракрасном излучении (ИК) земных объектов. Тепло уходит в холодное космическое пространство через ИК-прозрачное окно атмосферы в форме волн длиной от 8 до 13 мкм.

Благодаря тому, что тепло отводится в космос, поверхность (излучатель), обращенная к небу, теоретически способна снижать свою температуру на 50°C ниже окружающей среды пассивным радиационным методом.

Однако на практике охладить предметы, которые находятся под прямыми солнечными лучами, оказывается сложной задачей, так как значительная часть солнечной энергии поглощается окружающими материалами и прирастает паразитное тепло.

Исследователи разработали производительное устройство, которое не имеет подвижных частей и работает по принципу радиационного охлаждения. Оно отражает солнечный свет и не нагревается. Инфракрасные волны уходят от предмета прямо в космос, охлаждая его значительно ниже температуры окружающего воздуха.

Ключом к работоспособности этого простого и недорогого устройства является особый вид изоляции из полиэтиленовой пены, называемой аэрогелем - легким материалом, напоминающим по структуре зефир. Он прозрачен для инфракрасных лучей, которые свободно выходят наружу.

Минимальный прирост тепла

Радиационное охлаждение - это процесс, который наблюдается у большинства горячих предметов, когда они охлаждаются. Тела испускают инфракрасные волны среднего диапазона, которые переносят тепловую энергию от объекта прямо в космос, потому что воздух прозрачен для инфракрасного излучения.

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

Аэрогели - это легкие пенообразные материалы, которые состоят в основном из воздуха и создают очень хорошую теплоизоляцию.

Испытание устройства

Испытание устройства проводилось в чилийской пустыне Атакама, которая находится прямо на экваторе и где практически нет осадков. Там светит яркий солнечный свет. Результат - предмет охладили на 13 ⁰C ниже окружающего воздуха в солнечный полдень. В аналогичных тестах на кампусе MIT в Кембридже, штат Массачусетс, температура снизилась чуть ниже 10 ⁰C.

Исследователи утверждают, что этого достаточно для того, чтобы продлить срок хранения продуктов в отдаленных местах. Кроме того, радиационным способом на начальном этапе можно охлаждать помещения. Это снизит потребление электроэнергии.

Исследователи продолжают повышать производительность своей радиационной системы охлаждения, чтобы с помощью нее кондиционировать без электричества воздух в зданиях. Радиационное охлаждение уже сейчас комбинируют существующими системами кондиционирования воздуха.

Аэрогель намного лучше любой другой пассивной системой радиационного охлаждения, кроме тех, где в качестве изолятора используется вакуум. Вакуумные устройства очень эффективные, но их тяжело изготавливать, они дорогие и хрупкие.

Цитирование: «Высокопроизводительное радиационное охлаждение с помощью оптически избирательного и теплоизоляционного полиэтиленового аэрогеля в условиях окружающей среды», 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