Ingenieurs van de University of Colorado Boulder en University of Wyoming hebben met succes een innovatief waterkoelingssysteem opgeschaald dat in staat is om continue dag en nacht stralingskoeling voor constructies te bieden. De vooruitgang kan de efficiëntie van elektriciteitscentrales in de zomer verhogen en leiden tot efficiëntere, milieuvriendelijke temperatuurregeling voor woningen, ondernemingen, nutsbedrijven en industrieën.

Het nieuwe onderzoek laat zien hoe het goedkope hybride organisch-anorganische metamateriaal voor stralingskoeling, die debuteerde in 2017, kan worden opgeschaald tot een array van ongeveer 140 vierkante meter - klein genoeg om op de meeste daken te passen - en fungeren als een soort natuurlijke airconditioner met bijna geen elektriciteitsverbruik.

"Je zou deze panelen op het dak van een eengezinswoning kunnen plaatsen en voldoen aan de koelbehoefte, " zei Dongliang Zhao, hoofdauteur van de studie en een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Werktuigbouwkunde van CU Boulder.

De bevindingen worden vandaag beschreven in het tijdschrift Joule en profiteer van natuurlijke stralingskoelingsprincipes.

"Naarmate de temperatuur van de aarde opwarmt door de geabsorbeerde warmte van het zonlicht gedurende de dag, het straalt continu infrarood licht uit naar het koude universum, " zei professor Ronggui Yang van Werktuigbouwkunde en hoofdauteur van de studie. "Tijdens de nacht, De aarde koelt af door de emissie zonder zonneschijn."

Het filmachtige materiaal van de onderzoekers reflecteert inkomend bijna al het zonlicht, terwijl de opgeslagen warmte van een object toch zoveel mogelijk kan ontsnappen, waardoor het koeler blijft dan de omgevingslucht, zelfs in de middagzon.

"Het materiaal, die we nu tegen lage kosten kunnen produceren met behulp van de huidige roll-to-roll fabricagetechnieken, biedt aanzienlijke voordelen", zegt universitair hoofddocent Xiaobo Yin van Mechanical Engineering en CU Boulder's Materials Science and Engineering Program.

"We kunnen deze materialen nu toepassen op daken van gebouwen, en zelfs grootschalige waterkoelsystemen zoals deze bouwen met aanzienlijke voordelen ten opzichte van de conventionele airconditioningsystemen, die grote hoeveelheden elektriciteit nodig hebben om te functioneren, " zei universitair hoofddocent Gang Tan van de afdeling Civiele en Architectural Engineering van de University of Wyoming.

De onderzoekers testten hun systeem buiten in verschillende weersomstandigheden, inclusief wind, neerslag en vochtigheid. In experimenten uitgevoerd in augustus en september 2017, hun gepatenteerde RadiCold-module hield een container met water bedekt met het metamateriaal 20 graden Fahrenheit koeler dan de omgevingslucht tussen 12.30 uur. en 15.00 uur, het meest intense zomerzonlicht van de dag.

De onderzoekers introduceerden ook een element van dynamische planning in hun technologie, anticiperend dat constructies zoals kantoren 's nachts een beperkte of geen koelingsvraag hebben. In een gebouwgeïntegreerd systeem, echter, er zou een koudeopslageenheid kunnen worden toegevoegd om de koude op te vangen door middel van warmteoverdrachtsvloeistof zoals water in dit systeem en deze de volgende dag te kunnen ophalen om de koelbelasting tijdens piekuren te verminderen.

"We hebben een module gebouwd die in de echte wereld presteert, praktische situaties, " zei Yang. "We zijn vrij ver en snel van een materiaalniveau naar een systeemniveau gegaan."

De RadiCold-module kan een haalbare oplossing worden voor aanvullende koeling voor eengezinswoningen, ondernemingen, energiecentrales, gemeentelijke nutsbedrijven en datacenterfaciliteiten naast andere mogelijke toepassingen, zei Yang.