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

درس الباحثون مؤخرًا كيفية شحن تقنية التبريد السلبي – المعروفة باسم التبريد أو السماء – باستخدام حاصرات النانو التي تنبعث منها الحرارة بعيدًا عن أسطح المباني. على الرغم من إحراز تقدم ، إلا أن هذه التكنولوجيا الصديقة للبيئة غير مقبولة لأن الباحثين وجدوا صعوبة في زيادة قدرات التبريد الخاصة بها.

يحقق بحث جديد بقيادة مهندسي UB 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 للبحث تشيوكيانج جان ، أستاذ الهندسة الكهربائية ، كلية الهندسة والعلوم التطبيقية.

يضم فريق البحث Zongfu Yu من جامعة ويسكونسن ماديسون. بون أوي ، جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) في المملكة العربية السعودية ؛ وأعضاء مختبر جان في مختبر UB و Ooi في كاوست.

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”.

“معظم أنظمة التبريد المشعة تبدد الطاقة الشمسية ، مما يحد من قدرات تبريد النظام ،” كما يقول. “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. “

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

“أحد الابتكارات الرئيسية لنظامنا هو القدرة على فصل وصيانة التدفئة الشمسية والتبريد بالإشعاع في مكونات مختلفة في نظام واحد ،” يقول المؤلف الأول ليو جو ، طالب دكتوراه في الهندسة الكهربائية في جامعة بافالو. “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 “.

استند العمل إلى بحث سابق بقيادة مختبر جان ، والذي تضمن 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. “في ظل الضغط الجوي القياسي بدون العزل الحراري الفراغي ، أدركنا انخفاضًا في درجة الحرارة بمقدار 14.5 درجة مئوية تحت درجة الحرارة المحيطة في بيئة معملية ، وفوق 12 درجة مئوية في اختبار خارجي باستخدام نظام تجريبي بسيط” ، كما يقول المؤلف الأول الثاني ، هاومين سونغ ، أستاذ أبحاث الهندسة الكهربائية بجامعة بافالو.

“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 الشمسية ، والتي تُستخدم 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.