Materiale køler bygninger ved at sende varme ud i rummet

Et materiale, der samtidigt reflekterer lys og udstråler varme ved frekvenser, der ventilerer det gennem jordens atmosfære, kunne en dag hjælpe med at afkøle bygninger på varme dage. Materialet afkøler sig selv til en temperatur under den omgivende luft og er blevet testet på et tag ved Stanford University af dets opfindere, som nu arbejder på at skalere designet op.

Det nye materiale bruger optiske tekniske tricks til at opføre sig på måder, der er kontraintuitive og ved første øjekast ser ud til at overtræde termodynamikkens love, siger Stanfords elektriske ingeniør. Shanhui fan , der udviklede det.

Normalt er måden at lade noget afkøle på ved at stille det et koldt sted; den varme genstand vil udstråle sin overskudsvarme ud i omgivelserne. Ventilatorens materiale bliver køligere end omgivelserne ved at reflektere lys og udsende varme ved nøje afstemte frekvenser. Materialet udsender varme ved frekvenser, der matcher planetens termiske vindue - fra otte til 13 mikrometer - som lader det passere gennem atmosfæren og ud i rummet. Det køler effektivt ned ved at bruge det ydre rum som en køleplade.

I årtier har forskere udforsket denne effekt, kaldet passiv strålingskøling, for at forsøge at lave systemer, der afkøler bygninger mere effektivt ved at udstråle varme om natten. Og ligesom Fan er det lykkedes nogle at lave materialer, der afgiver varme i termovinduet. Men intet passivt kølesystem har tidligere fungeret i løbet af dagen, fordi alle sådanne materialer også absorberer sollys. Faktisk har materialer, der er meget gode til at udsende varme, en tendens til at være sorte - hvilket betyder, at de absorberer meget sollys.

Fan fandt ud af en måde at lave et materiale, der ikke kun udstråler i termovinduet, men reflekterer lys som et spejl. Han lavede materialet ved at lægge tynde film af vekslende lag af siliciumdioxid (glas) og hafniumoxid aflejret på en otte tommer siliciumwafer. Materialet reflekterer 97 procent af sollys og afgiver varme i termovinduet.

Noget, der køler ned i stedet for at varme op i solen, er kontraintuitivt, men det er, hvad enheden er designet til at gøre, siger Fan.

For at demonstrere de underlige egenskaber ved dette lagdelte materiale sammenlignede Stanford-forskerne det med siliciummalet sort - en god termisk radiator - og aluminium - en god reflektor. Det passive kølerdesign er beskrevet i dag i journalen Natur .

Disse fyre har rykket grænserne med nogle smarte optiske teknikker, siger Geoff Smith , en anvendt fysiker ved University of Technology i Sydney, Australien. Smith og andre har demonstreret materialer og systemer til passiv køling af bygninger om natten. Men tidligere systemer kunne ikke også reflektere sollys, så de kølede ikke af i løbet af dagen.

Fan siger, at dækning af et helt tag med materialet burde eliminere behovet for aircondition. Gruppen planlægger at udnytte produktionsteknologi, der bruges til at lave coatede vinduer, og det kan være muligt at lave materialet, som kun er omkring to mikrometer tykt, på letvægtsplastikfilm for lettere installation. Men det næste skridt er beskedent: de vil gå fra den otte tommer demo til en kvadratmeter flise af materialet.

skjule