211service.com
Materiál, který vrhá teplo do vesmíru, by mohl brzy znovu objevit klimatizaci
James Temple
Eli Goldstein, spoluzakladatel SkyCool Systems s čerstvou tváří, otevřel garážová vrata na straně stísněného pracovního prostoru Stanfordského spinoutu v Burlingame v Kalifornii a sroloval sadu čtvercových stříbrných panelů na parkoviště.
Byly nakloněny ke slunci, pokryty něčím, co vypadalo jako dokonale nemačkavá hliníková fólie a připevněny ke kovovému rámu, který držel řadu trubek, trubek a teploměrů.
Teploty toho dne dosáhly 104 ˚F na poloostrově San Francisco, což byl začátek vzácné a spalující vlny veder v oblasti Bay Area. Stoupat před panely mi připadalo jako procházet kolem otevřené trouby.
O což přesně jde. Panely SkyCool jsou v podstatě špičková zrcadla, navržená tak, aby ochlazovala budovy mnohem efektivněji než tradiční klimatizační systémy tím, že využívají zvláštní optiku, která umožňuje úzkému pásmu záření uniknout do vesmíru (viz The Sky May Hold the Secret to Efficient Klimatizace ). V závislosti na aplikaci a klimatických podmínkách by tato technologie mohla snížit energii použitou k chlazení konstrukcí o 10 až 70 procent, čímž by se snížil jeden z největších jednotlivých požadavků na rozvodnou síť USA a odpovídajícím způsobem se snížily emise skleníkových plynů.
Pochopení toho, jak to funguje, vyžaduje trochu pozadí. Všechny předměty vydávají teplo ve formě infračerveného záření, neviditelné formy světla hned napravo od červené ve spektru. Smyslem bund, palčáků a šátků je udržet co nejvíce sálavého tepla a udržet nás v teple v zimních dnech. Samotná atmosféra, hlavně ve formě molekul vody, také vyzařuje část tepla zpět.
Ale střípek emisí ve středním infračerveném rozsahu (s vlnovými délkami mezi osmi a 13 mikrometry, pro ty, kteří si udržují skóre) proklouzne a unikne skrz to, co bylo popsáno jako okno do vesmíru . Materiály vyzařující záření v tomto rozsahu je doslova vrhají do chladných prostorů vesmíru nebo alespoň chladné horní atmosféry, což umožňuje samotným povrchům klesnout pod teplotu okolního vzduchu. Tento přírodní jev způsobuje tvorbu námrazy na površích pod otevřenou noční oblohou, jako jsou okna aut a stébla trávy, i když teploty neklesají pod bod mrazu.
Kritickým problémem pro využití tohoto mechanismu užitečnými způsoby bylo to, že během dne teplo ze slunce obecně kompenzuje jakýkoli chladicí efekt. Ale ve výzkumu poprvé publikovaném v Příroda na konci roku 2014 vědci stojící za SkyCool Systems tento problém vyřešili vyvinutím pokročilého materiálu vyladěného tak, aby vyzařoval infračervené světlo v rozsahu, který proniká atmosférou a zároveň odráží 97 procent slunečního světla. Při umístění na střechu pod přímým slunečním světlem zůstal materiál o 4,9 ˚C nižší než teplota okolního vzduchu, a chladicí výkon 40,1 wattu na metr čtvereční.
Tři výzkumníci zapojení do této práce spoluzakládali Systémy SkyCool loni na jaře ve snaze komercializovat technologii. Goldstein je hlavním technologickým ředitelem startupu; Aaswath Raman, hlavní autor původního článku a jednoho z nich MIT Technology Review 35 inovátorů do 35 let v roce 2015, zastává funkci generálního ředitele; a Shanhui fanoušek , Stanfordský profesor elektrotechniky, působí jako poradce.
Pasivní sálavé chladicí panely SkyCool jsou hodnoceny v polních zkouškách v Davisu v Kalifornii.
Minulý týden výzkumníci publikovali pokračování papír v Energie přírody , což dokazuje, že zvětšenou verzi technologie lze použít k chlazení tekoucí vody. Umístěním panelů s tenkými vodními trubkami vedenými přímo pod nimi výzkumníci snížili teplotu vody o 5 ˚C během tří dnů testování. Výsledek naznačuje, že tuto technologii lze začlenit do stávajících chladicích mechanismů nahrazením nebo rozšířením komponenty kondenzátoru používané v konvenční klimatizaci a chlazení. Prostřednictvím modelování vědci ukázali, že integrace technologie do dvoupatrové kancelářské budovy v Las Vegas by během léta snížila spotřebu elektřiny na chlazení o 21 procent.
Možnost dovybavit systém do stávajících budov, což snižuje náklady pro vlastníky a nájemce, znamená, že potenciální trh je obrovský. Asi 14 procent celkové produkce energie v USA jde na chlazení obytných a komerčních budov. Moonshot ARPA-E programu Ministerstva energetiky, který poskytl 3 miliony dolarů výzkumníkům SkyCool v roce 2012 zjistili, že pokročilé sálavé chladicí panely mohou snížit tuto spotřebu o 10 až 20 procent a snížit požadavky na špičkové zatížení elektrické sítě.
Ale mnohem větší úspory energie mohou dosáhnout vývojáři, kteří se rozhodnou začlenit systémy sálavého chlazení přímo do nových budov ve fázi návrhu, říká Nick Fernandez, energetický analytik z Pacific Northwest National Laboratory. Pokud by byl systém spojen s hydronickým sálavým chladicím systémem – vzácným, ale vysoce účinným způsobem chlazení budov, který funguje na principu cirkulace vody namísto foukání vzduchu –, úspory energie na vytápění, chlazení a ventilaci by za ideálních klimatických podmínek mohly dosáhnout téměř 70 procent. podle simulační analýzy zveřejněno v roce 2015 , na kterém byl Fernandez hlavním autorem.
SkyCool není jedinou společností, která tento trh sleduje. V únoru tým inženýrů na University of Colorado, Boulder, publikoval a papír v Věda popisující sklo-polymerový hybridní materiál, který dosahoval v poledne radiačního chladicího výkonu 93 (wattů na metr čtvereční) pod přímým slunečním zářením. Výzkumníci zdůraznili, že již přišli na to, jak levně vyrábět role materiálu podobného filmu, což z něj činí potenciálně životaschopnou rozsáhlou technologii pro rezidenční i komerční aplikace. podle na univerzitní publikaci.
Stejně jako tým ze Stanfordu, výzkumníci CU Boulder získali peníze od ARPA-E, požádali o patent a založili společnost, Radi-Cool. Vědci jednají s potenciálními investory a výrobci, říká Ronggui Yang, profesor strojního inženýrství, který je spoluautorem článku a úřadujícím generálním ředitelem startupu.
Výzkumníci SkyCool, kteří si zajistili omezené množství dodatečného federálního a soukromého financování, pokračují ve zlepšování účinnosti pokročilých materiálů. Raman, generální ředitel startupu, odmítá diskutovat o případné ceně produktů, ale věří, že veškeré počáteční náklady budou kompenzovány dlouhodobými úsporami energie. Pokud by bylo možné vyrobit a nainstalovat střešní radiátor typu SkyCool, který se vyvíjí, za méně než 58 centů na čtvereční stopu, úspory energie by tyto náklady pokryly přibližně za pět let, odhaduje studie Pacific Northwest Lab.
Společnost provádí terénní zkoušku své nejnovější generace panelů v Davisu v Kalifornii, asi dvě hodiny cesty od Burlingame v Central Valley, a vyhodnocuje technologii jako způsob, jak rozšířit jak klimatizační, tak komerční chladicí systémy.
Dalším významným milníkem SkyCool bude rozsáhlá demonstrace s prvním zákazníkem nebo partnerem, o které Raman a Goldstein doufají, že bude zahájena příští rok. Zaměřují se na podniky s velkými potřebami chlazení, jako jsou supermarkety a datová centra, kde se veškeré úspory energie rychle sčítají. Jednání s potenciálními klienty již začala.