Een groep van de Universiteit van Californië, San Diego-onderzoekers wilden een beter begrip krijgen van de thermische balans van energiecentrales en oppervlakken, zoals heliostaatspiegels of zonnepanelen, bij blootstelling aan zowel zonne- (kortegolf) als atmosferische (langegolf) straling. Ze realiseerden zich al snel dat ze eerst moesten bepalen welke rol bewolking en relatieve vochtigheid spelen in de transparantie van de atmosfeer voor straling bij temperaturen die gebruikelijk zijn op aarde.

Bepalen hoeveel warmte kan worden afgegeven aan de ruimte en hoeveel er door de atmosfeer naar het oppervlak wordt uitgestraald, is belangrijk als het gaat om het identificeren van de exacte rol die water speelt. Het blijkt water, die aanwezig is in gasvormige, vloeibare en vaste fasen in de atmosfeer, is niet alleen de hoofdrolspeler, maar ook het enige atmosferische element dat snel in concentratie varieert en verticaal niet goed gemengd is.

In de Tijdschrift voor hernieuwbare en duurzame energie , de groep presenteert gedetailleerde kaarten met bronnen voor stralingskoeling die ze hebben gemaakt om de beste klimaten te helpen bepalen voor grootschalige toepassing van passieve koelingstechnologieën, die afhankelijk zijn van dagelijkse veranderingen in temperatuur en vochtigheid.

"We gebruikten recent gekalibreerde correlaties, experimentele gegevens en modellen voor grondwaarden van waterdamp en temperatuur met luchtemissiviteiten om de plaatsen in de VS in kaart te brengen waar we warmte van de grond naar de ruimte het meest effectief kunnen afwijzen, " zei Carlos FM Coimbra, voorzitter van de faculteit Werktuigbouwkunde en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek. "Vanwege de fysieke processen die erbij betrokken zijn, locaties met een drogere atmosfeer en de meest voorkomende heldere luchten zijn het meest geschikt voor het inzetten van passieve koeltechnologieën."

Het Amerikaanse zuidwesten toont een groot potentieel, terwijl "andere gebieden waar het effect van relatieve vochtigheid alleen het vermogen om dit koude reservoir te gebruiken uitput, veel minder potentieel hebben, " zei Coimbra. "In de gebieden met een groot koelpotentieel, het totale energieverbruik en de bijbehorende CO2-voetafdruk van conventionele koeltechnologieën - vaak de grootste component van de elektriciteitsvraag - kan aanzienlijk worden verminderd."

Dit werk is vooral belangrijk op het gebied van thermofotonisch ontwerp van oppervlakken voor passieve koeling, die de laatste tijd de aandacht heeft getrokken vanwege het potentieel om warmte naar de lucht af te wijzen.

"Sinds de oudheid veel samenlevingen hebben de koude lucht in hun voordeel gebruikt, " zei hij. "In woestijngebieden, een slimme combinatie van transpiratiekoeling (een verdampingsmethode) met passieve stralingskoeling naar 'koud' (droog, heldere) luchten werd vaak gebruikt om ijs te produceren en te voorkomen dat het smelt."

Recente ontwikkelingen in het ontwerp van oppervlakken voor specifieke stralingseigenschappen betekenen dat blootgestelde oppervlakken kunnen worden gecoat met verf of andere oppervlaktebehandelingen - zoals speciaal ontworpen kunststoffen - om het vermogen van deze oppervlakken om warmte af te wijzen tijdens het drogen aanzienlijk te verbeteren, heldere lucht overdag of 's nachts.

"Het ontwerp van droge koelcondensors voor geconcentreerde zonne-energiecentrales of airconditioningsystemen zal profiteren van de mogelijkheid om selectiviteit in de zon te reflecteren terwijl ze sterk uitstralen binnen de infrarode delen van het spectrum, " zei Coimbra. "Maar deze strategieën zijn het meest effectief tijdens bepaalde seizoenen en voor bepaalde regio's van de planeet. We leven in een tijdperk van op DNA gerichte medicijnen, maar we gebruiken nog steeds generieke energietechnologieën die niet noodzakelijkerwijs zijn afgestemd op verschillende regionale behoeften. Het is tijd om de manier waarop we deze impactvolle technologieën inzetten te heroverwegen."