211service.com
Materiaal koelt gebouwen door warmte de ruimte in te sturen
Een materiaal dat tegelijkertijd licht reflecteert en warmte uitstraalt op frequenties die het door de atmosfeer van de aarde ventileren, zou op een dag kunnen helpen bij het koelen van gebouwen op warme dagen. Het materiaal koelt zichzelf af tot een temperatuur onder de omgevingslucht en is getest op een dak van Stanford University door de uitvinders, die nu werken aan opschaling van het ontwerp.
Het nieuwe materiaal maakt gebruik van optische technische trucs om zich te gedragen op manieren die contra-intuïtief zijn en op het eerste gezicht de wetten van de thermodynamica lijken te schenden, zegt elektrotechnisch ingenieur Stanford Shanhui-fan , die het heeft ontwikkeld.
Gewoonlijk is de manier om iets af te laten koelen, het ergens koud te zetten; het hete object straalt zijn overtollige warmte uit naar de omgeving. Het materiaal van de ventilator wordt koeler dan zijn omgeving door licht te reflecteren en warmte af te geven op zorgvuldig afgestemde frequenties. Het materiaal straalt warmte uit met frequenties die overeenkomen met het thermische venster van de planeet - van acht tot 13 micrometer - waardoor het door de atmosfeer en de ruimte kan gaan. Het koelt effectief af door de ruimte als koellichaam te gebruiken.
Decennialang hebben onderzoekers dit effect, passieve stralingskoeling genoemd, onderzocht om systemen te maken die gebouwen efficiënter koelen door 's nachts warmte uit te stralen. En net als Fan zijn sommigen erin geslaagd materialen te maken die warmte afgeven in het thermische venster. Maar geen enkel passief koelsysteem heeft eerder overdag gewerkt, omdat al dergelijke materialen ook zonlicht absorberen. In feite zijn materialen die zeer goed warmte kunnen afgeven vaak zwart, wat betekent dat ze veel zonlicht absorberen.
Fan bedacht een manier om een materiaal te maken dat niet alleen straalt in het thermische venster, maar licht reflecteert als een spiegel. Hij maakte het materiaal door dunne films van afwisselende lagen siliciumdioxide (glas) en hafniumoxide aan te brengen op een acht-inch siliciumwafel. Het materiaal reflecteert 97 procent van het zonlicht en geeft warmte af in het thermische venster.
Iets dat in de zon afkoelt in plaats van opwarmt, is contra-intuïtief, maar daar is het apparaat voor ontworpen, zegt Fan.
Om de vreemde eigenschappen van dit gelaagde materiaal te demonstreren, vergeleken de Stanford-onderzoekers het met zwart geverfd silicium - een goede thermische radiator - en aluminium - een goede reflector. Het passieve koelerontwerp wordt vandaag beschreven in het tijdschrift Natuur .
Deze jongens hebben de grenzen verlegd met wat slimme optische techniek, zegt Geoff Smith , een toegepast natuurkundige aan de University of Technology in Sydney, Australië. Smith en anderen hebben materialen en systemen gedemonstreerd voor passieve koeling van gebouwen 's nachts. Maar eerdere systemen konden niet ook zonlicht weerkaatsen, dus koelden ze overdag niet af.
Fan zegt dat het bedekken van een heel dak met het materiaal de noodzaak van airconditioning zou moeten elimineren. De groep is van plan gebruik te maken van productietechnologie die wordt gebruikt om gecoate ramen te maken, en het zou mogelijk kunnen zijn om het materiaal, dat slechts ongeveer twee micrometer dik is, op lichtgewicht plastic films te maken voor een eenvoudigere installatie. Maar de volgende stap is een bescheiden: ze gaan van de 8-inch demo naar een vierkante meter tegel van het materiaal.