Als de meeste mensen denken aan koeling, ze stellen zich automatisch airconditioning voor, of het koelen van de lucht in een kamer. Maar er is een veel efficiëntere manier om mensen te koelen, met behulp van de straling van het lichaam.

Om het effect van stralingskoeling aan te tonen, Forrest Meggers, universitair docent architectuur en het Andlinger Centrum voor Energie en Milieu, en een team van onderzoekers bouwde vorig jaar de Cold Tube in Singapore. Het was een buitenpaviljoen bekleed met nieuwe geïsoleerde stralingspanelen die koudwaterleidingen naar binnen hielden. Het menselijk lichaam wisselt voortdurend straling uit met objecten eromheen en die straling stroomt van warme naar koele oppervlakken. De deelnemers die door de tentoonstelling liepen, wierpen hun straling af op de panelen en meldden dat ze zich koel voelden, ondanks dat de lucht zelf temperatuur- en vochtigheidsniveaus heeft die normaal broeierig zouden aanvoelen. Het nieuwe onderzoek toonde aan dat mensen zich comfortabel kunnen voelen in warme en vochtige buitenomgevingen met alleen stralingskoeling, die veel minder energie zouden kunnen verbruiken dan het koelen van grote hoeveelheden lucht.

Toevallig Yueh-Lin (Lynn) Loo, directeur van het Andlinger Centrum voor Energie en Milieu, is de afgelopen vijf maanden in Singapore gevestigd, niet ver van waar het team van Meggers de Cold Tube heeft getest. "Deze alternatieve ontwerpen kunnen de manier waarop we denken over het tegelijkertijd koelen van ruimtes en het bevorderen van luchtcirculatie verstoren, " zei Loo, die ook de Theodora D. '78 en William H. Walton III '74 Professor in Engineering en professor in chemische en biologische engineering is. "Ik denk dat de Cold Tube en vergelijkbare technologieën precies het soort innovaties zijn dat het leven in de tropen aangenamer kan maken."

De Princeton-onderzoekers, in samenwerking met wetenschappers van de University of British Columbia, Universiteit van Berkeley, ETH Zürich in Singapore, en de Universiteit van Pennsylvania, publiceerde de Cold Tube-resultaten in het nummer van 18 augustus van de Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ).

In deze vraag en antwoord Meggers en eerste auteur van het artikel, Dr. Eric Teitelbaum, die het onderzoek als afstudeerstudent bij Meggers voltooide en nu senior engineer is bij AIL Research, commentaar geven op het potentieel van hun technologie om geld en energie te besparen, en om mensen te helpen beschermen tijdens een pandemie zoals de huidige COVID-19-crisis door meer luchtstroom in een gebouw mogelijk te maken zonder nieuwe infrastructuur te installeren of extra energie te vereisen om het grotere luchtvolume te koelen.

Wat is de grootste misvatting over airconditioning?

Meggers:airconditioning staat niet gelijk aan koeling. Het is een diepgewortelde methode om gebouwen te koelen, maar het is niet de enige. Aanvullend, uw raamairconditioners koelen gewoon de bestaande lucht in de kamer; ze brengen geen nieuwe, frisse lucht in uw kamer. Airco-units (AC) zijn zo genormaliseerd en geïntegreerd in het dagelijks leven, maar in werkelijkheid, het zijn enorme machines die veel energie vergen, en mag niet worden behandeld als het aanzetten van een lichtschakelaar. Een ogenschijnlijk eenvoudige raameenheid vereist 10 tot 1000 keer meer energie dan een plafondventilator, en de airco aan laten staan ​​is qua energie vergelijkbaar met het licht aan laten in 100 kamers.

Wat is het voordeel van het koelen van oppervlakken, zoals muren en tafels, in plaats van de lucht te koelen?

Meggers:In de koude buis, bewoners worden volledig gekoeld door warmtestraling, wat betekent dat energie voornamelijk werd gebruikt om het water binnen de muren te koelen, de lucht niet koelen. Met airconditioning, ontvochtiging en koeling vinden gelijktijdig plaats. Het voordeel van de Cold Tube-technologie is dat deze de koeling ontkoppelt van de toevoer van verse lucht, wat betekent dat mensen hun ramen open kunnen houden, met behoud van comfort, en zonder enorme hoeveelheden energie te verbruiken om de luchtstroom te koelen en te ontvochtigen. Lucht zou alleen moeten zijn om te ademen, niet koelen.

Hoe zijn de bevindingen relevant om mensen te beschermen tegen virussen zoals COVID-19?

Teitelbaum:Zoals gebouwen tegenwoordig worden gebouwd, uitsluitend AC gebruiken voor koeling, we kunnen de hoeveelheid verse lucht die we aan gebouwen leveren niet naar believen verhogen, omdat de luchtstroom gekoppeld is aan de hoeveelheid airconditioning die gebouwen moeten leveren. Als u meer buitenlucht het gebouw in wilt laten stromen, je hebt ook extra capaciteit nodig om die lucht te ontvochtigen en te koelen. De meeste systemen zijn niet gebouwd met de capaciteit om de hoeveelheid lucht te laten stromen die, vaak, wordt aanbevolen om verontreinigingen in de binnenlucht te verdunnen en de verspreiding van besmetting te voorkomen, zoals het recente COVID-19-virus. En als ze dat kunnen, het vereist enorme hoeveelheden energie. Maar met stralingssystemen, mensen kunnen de ramen openen en toch comfortabel blijven, terwijl extra frisse lucht wordt binnengelaten om de concentratie van het virus in de lucht te verminderen.

Hoe helpt deze technologie de klimaatverandering te verminderen?

Teitelbaum:Dit systeem verbruikt minstens 50% minder energie dan een airconditioner van vergelijkbare grootte. Door de lucht vijf graden op te warmen terwijl de oppervlakken worden gekoeld, kan de energievraag met tot wel 40% worden verlaagd en het comfort van de bewoners behouden blijven. Het toestaan ​​van nog hogere luchttemperaturen zou leiden tot hogere energiebesparingen.

Kan dit alternatief voor airconditioning ook de kwaliteit van de buitenlucht verbeteren door het stedelijk hitte-eilandeffect te verminderen?

Meggers:De meeste van mijn co-auteurs en ik hebben door Zuidoost-Azië gereisd en hebben uit de eerste hand gezien hoe snel AC-eenheden op grote schaal zijn ingezet. Het toevoegen van AC-vensters of split-units aan gebouwen wordt gedaan met weinig aandacht voor de effecten op oppervlaktetemperaturen, en het klimaat van en warmte in een stad. De units werken door de warmte uit de lucht in een ruimte naar buiten af ​​te stoten. Het afstoten van warmte buiten de gebouwen langs de gevel leidt ertoe dat trottoirs en gebieden rond gebouwen erg heet worden, en veel ruimtes worden onbruikbaar. Onze technologie doet precies het tegenovergestelde; het biedt mogelijkheden om in verschillende delen van de stad de thermische aanvaardbaarheid terug te krijgen zonder een enorm park te hoeven aanleggen. U kunt deze koelpanelen buiten installeren en "koele havens" bouwen waar mensen zich kunnen verzamelen, eten, en speel.

Hoe belangrijk is dit experiment om de weg vrij te maken naar een wereld waarin mensen gekoeld worden zonder AC?

Teitelbaum:Er zal meer dan een experiment van 8 maanden nodig zijn om de manier waarop mensen denken over comfortsystemen en energie-efficiëntie in de gebouwde omgeving te veranderen. Veel van het onderzoek van professor Megger's CHAOS-lab was gericht op het uitbreiden van de kennisbubbel van de invloed van thermische straling op comfort en efficiëntie. Het Cold Tube-experiment heeft veel nieuwe kennis opgeleverd, wat een groot academisch succes is. commercieel, terwijl er bedrijven zijn die vergelijkbare technologieën produceren, er is nog steeds behoefte om nieuwe concepten te blijven demonstreren en te experimenteren om niet alleen de technologie verder te brengen, maar ook deze paradigmaverschuiving. De verschuiving van airconditioning naar een meer holistisch comfortontwerp zou ons helpen om op te treden als rentmeesters van de planeet en van onze eigen gebouwde omgevingen. In veel delen van de wereld, zoals Singapore en andere tropische gebieden die steeds meer manieren zoeken om ruimtes te conditioneren, beduidend meer energie gaat naar het ontvochtigen van de lucht dan alleen het koelen van de lucht. Dit is een van de plaatsen waar we geloven dat ons comfortparadigma de grootste efficiëntieverhoging en impact zal hebben, omdat ontvochtiging niet nodig is om mensen zich prettig te laten voelen.