Доступная бесконтактная пассивная система охлаждения достигает 40°C ниже окружающей температуры

• Новая пассивная система охлаждения обеспечивает эффективное охлаждение в жарких средах без использования топливной энергии.
• В сухих средах она может обеспечить охлаждение до 40°C ниже температуры окружающей среды.
• Она может дополнять существующие системы охлаждения для хранения вакцин и еды в жарких автономных районах.

Существующие механизмы охлаждения полагаются на жидкостно-охлаждаемые и системы парового сжатия, которые довольно сложны и дороги. Пассивная система охлаждения, с другой стороны, как атмосферное радиационное охлаждение, использует атмосферу Земли на средних инфракрасных длинах волн для снижения температур на значительных уровнях.

Годами исследователи по всему миру пытались разработать пассивные системы охлаждения, и до сих пор они смогли построить эти системы, используя сложные фотонные инструменты, которые дороги в производстве и не могут быть широко использованы. Большинство из них разработаны для идеального отражения всех длин волн и излучения среднеинфракрасного излучения. Однако для достижения этого вам нужно добавить множество слоев материалов и контролировать их толщину с нанометровой точностью.

Теперь исследователи из MIT разработали новую, недорогую пассивную систему, которая обеспечивает охлаждение в жаркий солнечный день, не требуя топливной энергии. Она может дополнять другие системы охлаждения для хранения/консервации лекарств и еды в автономных районах.

Теоретически система способна обеспечить охлаждение до 20°C ниже температуры окружающей среды. Однако при демонстрации исследователи смогли достичь охлаждения 6°C. Чтобы дальше снизить температуру, можно использовать традиционные термоэлектрические охлаждение или рефрижерационные системы.

Как это работает?

Новая пассивная система охлаждения просто блокирует прямое солнечное излучение, используя небольшую полосу, помещенную под 90 градусов для покрытия пути Солнца через небо. Это устраняет необходимость в отслеживающих инструментах.

Простой белый прибор, разработанный путем комбинирования полированного алюминия, недорогой пластиковой пленки и изоляции, обеспечивает достаточное излучение тепла через излучение в среднеинфракрасном диапазоне. Более конкретно, он использует спектральное перекрытие радиационного излучения наземных объектов около температуры окружающей среды между длинами волн 8 и 13 микрометров.

Помещая зонт над системой и дополняя ее изоляцией, исследователи сделали охлаждение более эффективным в дневное время. Они провели уличные эксперименты и обнаружили, что система эффективно блокировала прямое солнечное излучение, в то время как непрерывно излучала среднеинфракрасные длины волн в небо.

Источник: Nature Communications | doi:10.1038/s41467-018-07293-9 | MIT

Несколько десятилетий назад ученые только разрабатывали системы для снижения нагрева. Но теперь они умно используют тени вместе с поддерживающими механизмами фильтрации света, чтобы снизить температуру.

Ограничения и приложения

Источник изображения: Bikram Bhatia / MIT

Система не работает должным образом во влажной атмосфере. Она уменьшает количество инфракрасного излучения через воздух, ограничивая количество охлаждения до 20°C (ниже температуры окружающей среды). Однако если среда сухая, она может дать до 40°C охлаждения.

Также эту систему нельзя использовать для охлаждения целых домов или зданий. Она может использоваться только для рефрижерационных приложений, как хранение еды и лекарств в жарких автономных районах. Хотя подход не достаточно мощный, чтобы снизить температуры до требуемых уровней, он может хотя бы снизить нагрузку на существующие системы охлаждения, обеспечивая только последнюю фазу охлаждения.

Она также может использоваться в концентрирующих фотовольтаических системах, в которых специальные зеркала фокусируют солнечные лучи на солнечные батареи для повышения их эффективности. Эти системы часто перегреваются и требуют регулярного термического обслуживания. Пассивная система охлаждения может легко контролировать этот нагрев, устраняя необходимость в активном термическом управлении.

Читайте также: Без радикальной модернизации кондиционеры сделают Землю на 1/2 градус Цельсия теплее к 2100 году

В ближайшие годы исследователи попытаются улучшить систему. Главнейший вызов в этом будет обнаружение изолирующего материала, способного предотвратить нагрев всей системы чрезмерно от внешнего воздуха.