التبريد بالإشعاع والتدفئة الشمسية من نظام واحد ، لا حاجة للكهرباء

تصف الدراسة نظام التبريد السلبي الذي يهدف إلى مساعدة المجتمعات الفقيرة وتقليل تكاليف التبريد والتدفئة وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون

بوفالو ، نيويورك – التبريد السلبي ، مثل الظل الذي يوفره الخشب ، موجود إلى الأبد.

يبحث الباحثون مؤخرًا في كيفية شحن تقنية توربو التبريد السلبي – المعروفة باسم التبريد أو تبريد السماء – باستخدام مواد مانعة للتسرب تنبعث منها الحرارة بعيدًا عن أسطح المباني. على الرغم من إحراز تقدم ، فإن هذه التكنولوجيا الصديقة للبيئة غير مقبولة لأن الباحثين وجدوا صعوبة في تعظيم قدرات التبريد للمواد.

تحرز دراسة جديدة قدمها مهندسو جامعة بوفالو تقدمًا كبيرًا في هذا المجال.

و دراسة نشرت في 8 فبراير تصف مجلة Cell Reports Physical Science نظام تبريد إشعاعي مصمم بشكل فريد ، والذي:

  • اخفض درجة الحرارة داخل نظام اختبار في بيئة خارجية في ضوء الشمس المباشر فوق 12 درجة مئوية (22 درجة فهرنهايت).
  • اخفض درجة حرارة صندوق الاختبار في المختبر المصمم لمحاكاة الليل إلى أكثر من 14 درجة مئوية (25 درجة فهرنهايت).
  • في الوقت نفسه ، استولت على طاقة شمسية كافية يمكن استخدامها لتسخين المياه إلى حوالي 60 درجة مئوية (140 درجة فهرنهايت).

في حين أن النظام الذي تم اختباره كان فقط 70 سم (27.5 بوصة) مربعة ، يمكن توسيعه في النهاية لتغطية الأسطح ، وفقًا للمهندسين ، من أجل تقليل اعتماد الشركة على الوقود الأحفوري للتبريد والتدفئة. كما يمكن أن يساعد المجتمعات ذات الوصول المحدود للكهرباء.

“هناك حاجة كبيرة للتدفئة والتبريد في حياتنا اليومية ، وخاصة التبريد في عالم الاحترار” ، كما يقول المؤلف الرئيسي للدراسة ، Chiaokiang Gan ، طالب الدكتوراه ، أستاذ الهندسة الكهربائية في كلية UB للهندسة والعلوم التطبيقية.

READ  يلقي علماء الأحافير أخيرًا نظرة فاحصة على مقعد الديناصور

يضم فريق البحث Zongfu Yu ، دكتوراه ، جامعة ويسكونسن ماديسون ؛ بون أوي ، دكتوراه ، جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) في المملكة العربية السعودية ؛ وأعضاء مختبر جان في جامعة بافالو ، ومختبر أووي في كاوست.

تصميم النظام والمواد هي مفتاح النجاح

يتكون النظام من مرآتين ، مكونتين من 10 طبقات رفيعة للغاية من الفضة وثاني أكسيد السيليكون ، موضوعة على شكل V.

تمتص هذه المرايا ضوء الشمس الوارد ، وتحول الطاقة الشمسية من الأشعة تحت الحمراء المرئية وتقريباً إلى حرارة. تعكس المرايا أيضًا موجات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة من الباعث (صندوق عمودي بين المرآتين) ، ثم ترتد عن الحرارة التي تحملها في السماء.

يقول جان: “نظرًا لأن الانبعاث الحراري من كلا سطح الباعث الحراري المركزي ينعكس في السماء ، فقد تضاعفت كثافة طاقة التبريد المحلية في هذا الباعث ، مما أدى إلى انخفاض درجة الحرارة المرتفعة عند الذروة”.

يقول جان: “معظم أنظمة التبريد المشعة تبدد الطاقة الشمسية ، مما يحد من قدرات تبريد النظام”. “حتى مع الاختيار الطيفي المثالي ، فإن الحد الأعلى لقدرة التبريد عند درجة حرارة محيطة تبلغ 25 درجة مئوية هو حوالي 160 واط لكل متر مربع. في المقابل ، تم إهدار الطاقة الشمسية التي تبلغ حوالي 1000 واط لكل متر في هذه الأنظمة. “

تسعى Spinoff جاهدة لتجارة التكنولوجيا

أسس Gan شريكًا في Spinoff ، Sunny Clean Water LLC ، التي تبحث عن شركاء لتسويق هذه التكنولوجيا.

يقول المؤلف الأول ليو جو ، وهو مرشح خريج في الهندسة الكهربائية بكلية الهندسة: “أحد الابتكارات الرئيسية لنظامنا هو القدرة على فصل وصيانة التدفئة الشمسية وتبريد التبريد في مكونات مختلفة في نظام واحد”. والعلوم التطبيقية. “أثناء الليل ، يكون التبريد بالإشعاع أمرًا سهلاً لأنه ليس لدينا مدخلات شمسية ، لذا فإن انبعاث الحرارة يخرج فقط ونفهم تبريد الإشعاع بسهولة. ولكن التبريد أثناء النهار يمثل تحديًا لأن الشمس مشرقة. في هذه الحالة ، عليك أن تجد استراتيجيات لفصل التدفئة الشمسية عن منطقة التبريد “.

READ  الصين تضع علمها الشيوعي على سطح القمر

استند العمل إلى دراسات سابقة قادها مختبر جان ، والتي تضمنت إنشاء نظام مخروطي الشكل للتبريد بدون كهرباء في المدن المزدحمة للتكيف مع تغير المناخ.

لقد حققت الهندسة المعمارية الجديدة على الوجهين ذروة كثافة طاقة تبريد محلية تتجاوز 280 واط لكل متر مربع. عند الضغط الجوي القياسي بدون العزل الحراري الفراغي ، فهمنا انخفاضًا في درجة الحرارة بمقدار 14.5 درجة مئوية تحت درجة الحرارة المحيطة في بيئة معملية ، وأكثر من 12 درجة مئوية في اختبار خارجي باستخدام نظام تجريبي بسيط “، كما يقول المؤلف الأول الثاني د. Haomin Song ، أستاذ الهندسة الكهربائية في كلية الهندسة الكهربائية والعلوم. مفيد.

“من المهم أن نلاحظ أن نظامنا لا يهدر ببساطة مدخلات الطاقة الشمسية. وبدلاً من ذلك ، يتم امتصاص الطاقة الشمسية بواسطة المرايا الطيفية الشمسية ، ويمكن استخدامها لتسخين المياه بالطاقة الشمسية ، والتي تستخدم على نطاق واسع باعتبارها موفرة للطاقة جهاز في البلدان النامية “، كما يقول غان. “يمكنه الحفاظ على تأثيرات التسخين الشمسي وكذلك تبريد الإشعاع في نظام واحد دون الحاجة إلى الكهرباء. إنه نظام” سحري “من الجليد والنار.”

سيواصل فريق البحث استكشاف طرق لتحسين التكنولوجيا ، بما في ذلك دراسة كيفية الحصول على طاقة شمسية كافية لغلي الماء ، وجعلها مناسبة للشرب.

تم دعم العمل بتمويل من برنامج عملية النقل الحراري بالولايات المتحدة.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *