Hoe hightech spiegels warmte de ruimte in kunnen sturen

Leah Fasten

In de kleine achterste suite van een licht industrieel gebouw in de buurt van de luchthaven van San Francisco kijkt Eli Goldstein uit over een reeks zilveren panelen die op metalen rekken zijn gekanteld. De panelen zien eruit als eenvoudige spiegels, maar terwijl Goldstein eromheen loopt, wijst hij op de zwarte waterpomp langs de linkerrand, de koperen leidingen die onder het oppervlak lopen en de metalen doos aan de basis.

Wat zijn bedrijf, SkyCool Systems, heeft gebouwd, is een koeltechnologie die kan fungeren als een condensor - een standaardonderdeel van elk commercieel airconditioning- of koelsysteem dat de temperatuur van het binnenkomende koelmiddel verlaagt en het omzet van een damp in een vloeistof. Maar in plaats van te vertrouwen op elektrische ventilatoren, zoals condensors doorgaans doen, vertrouwt deze op geavanceerde materialen die warmte kunnen afvoeren en afgeven aan de hogere atmosfeer of zelfs in de ruimte.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van januari 2018

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Goldstein en zijn mede-oprichter, Aaswath Raman, zijn van mening dat de panelen van de Stanford-spin-out de kosten en energiebehoefte van airconditioning en koeling aanzienlijk kunnen verlagen. Dat zou een van de grootste afvoeren van het elektriciteitsnet en een van de belangrijkste bronnen van broeikasgasemissies verlichten.

SkyCool's werkruimte in Burlingame, Californië. Leah Fasten

Alle objecten geven warmte af in de vorm van warmtestraling. Maar de lucht om hen heen, voornamelijk in de vorm van watermoleculen, absorbeert en straalt een deel van de warmte terug. Een klein deel van de emissies in het midden-infraroodbereik kan echter langs deze verbindingen glippen, waardoor oppervlakken die straling op die golflengten uitzenden koeler kunnen worden dan de omringende lucht. De Stanford-onderzoekers ontwikkelden een dunne film die was afgestemd om infrarode warmte uit te stralen in precies deze band. De grotere vooruitgang was echter het koppelen van die stralingseigenschappen aan reflecterende eigenschappen, waardoor de materialen bijna alle warmte in zonlicht terug konden werpen. Zonder deze tweede mogelijkheid zou de zon het verkoelende effect overdag ruimschoots compenseren.

Het team heeft onlangs aangetoond dat de panelen de behoefte aan koeling van een kantoorgebouw in de zomer met 21 procent kunnen verminderen.

Airconditioning- en koelsystemen produceren een heet koelmiddel als een normaal bijproduct, maar het moet worden gekoeld en gecondenseerd voordat het terug door de machine gaat. In de panelen van SkyCool begint dat proces met het koudemiddel dat door een leiding loopt en in een warmtewisselaar komt, die zich hier aan de voorkant van de panelen bevindt.

Een kleine pomp circuleert een mengsel van water en antivries door het panelensysteem naar de andere kant van de warmtewisselaar.

De warmte van het koelmiddel wordt via metalen platen in de warmtewisselaar overgedragen aan het watermengsel. De verwarmde vloeistof stroomt via leidingen uit de warmtewisselaar. Leah Fasten

Taylor Steindel, hoofd werktuigbouwkundig ingenieur van SkyCool, laat zien hoe de pomp en leidingen aan het systeem worden bevestigd.

Leah Fasten

SkyCool-medeoprichter Aaswath Raman. Leah Fasten

De panelen van SkyCool, bedekt met een dunne, meerlagige optische film, onttrekken warmte aan het water terwijl het door leidingen stroomt en stralen het uit. Ze reflecteren ook zonlicht om koel te blijven. Hier hebben Steindel en Goldstein de panelen buiten opgesteld terwijl Raman toekijkt. Leah Fasten

Het afgekoelde water stroomt via de hier rechts op het paneel zichtbare leiding terug in de warmtewisselaar. Het blijft door de leidingen stromen en absorbeert en verspreidt warmte in een lus. Afzonderlijk stroomt het nu afgekoelde koudemiddel vervolgens terug in de airconditioning of het koelsysteem waaruit het afkomstig is, waarbij de nodige warmteafvoer is bereikt. Leah Fasten

Een warmtebeeld-iPhone-app en camerabijlage tonen de koelte van de panelen en leidingen (in paars) ten opzichte van de blacktop (in oranje). Leah Fasten

zich verstoppen