فوق العاده سرد مواد که ارسال گرما به فضا

زمانی که تاجر Howard Bisla وظیفه بود با صرفه جویی در یک فروشگاه محلی از تباهی مالی یکی از اولین نگرانی شد بهره وری انرژی. در ماه ژوئن سال 2018 به او نزدیک محلی ارائه دهنده برق در ساکرامنتو کالیفرنیا در مورد ارتقاء چراغ. ارائه دهنده به حال یکی دیگر از ایده. آن ارائه شده برای نصب آزمایشی سیستم خنک کننده: پانل است که می تواند اقامت سردتر از محیط اطراف خود و حتی تحت فروزان آفتاب داغ بدون مصرف انرژی.

آلومینیوم-حمایت پانل در حال حاضر به نشستن در مغازه سقف خود را در آینه سطوح با پوشش های نازک و خنک کننده فیلم و زاویه دار به آسمان است. آنها سرد و مایع در لوله های زیر که اجرا به فروشگاه و همراه با چراغ های جدید را کاهش صورتحساب برق حدود 15 درصد است. “حتی در یک روز گرم, آنها در فیلم” Bisla می گوید.

پانل های پدید آمده از یک کشف در دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا است. در سال 2014 محققان وجود دارد اعلام کرد که آنها تا به حال ایجاد یک ماده است که می ماند سردتر از اطراف آن در نور مستقیم خورشید. دو نفر از اعضای تیم Shanhui فن و Aaswath رامان با همکار الی گلدشتاین تاسیس و راه اندازی شرکت SkyCool سیستم و عرضه Bisla پانل. از آن پس آنها و دیگر محققان ساخته اند از یک میزبان از مواد از جمله فیلم های اسپری رنگ و چوب که خنک ماندن در گرما.

این مواد همه تکیه بر افزایش طبیعی گرما-ریختن اثر شناخته شده به عنوان منفعل تابشی خنک کننده. هر فرد ساختمان و جسم بر روی زمین تابش گرما اما این سیاره پتو مانند جو را جذب می کند بیشتر از آن و تابش آن را به عقب. اشعه مادون قرمز بین 8 و 13 micrometres در طول موج نیست اسیر جو و ترک زمین فرار سرد به فضای بیرونی است. به عنوان دور برگشت به عنوان 1960 دانشمندان به دنبال مهار این پدیده به صورت عملی استفاده کنید. اما منفعل خنک کننده تابشی قابل توجه است که تنها در شب: در طول روز نور خورشید زیبا با ما در مقدار انرژی حرارتی بیشتر از ما می توانید ارسال به فضا است.

فوق العاده سرد پانل در سقف یک فروشگاه در ساکرامنتو ، اعتبار: Aaswath Pattabhi رامان

جدید مواد منعکس کننده طیف گسترده ای از نور در بسیار به همان شیوه به عنوان آینه و یا سفید رنگ انجام دهید. در مهم 8-13-ميکرومتر بخشی از طیف مادون قرمز, اما آنها به شدت جذب و سپس منتشر می کنند تابش. زمانی که مواد در نقطه آسمان, اشعه مادون قرمز عبور می تواند مستقیما از طریق اتمسفر و به فضا است. که به طور موثر لینک کلیک کنید مواد برای پایان ناپذیر نزول گرما را که آنها می توانید نگه دارید آزادسازی گرما بدون آن آینده. به عنوان یک نتیجه, آنها می تواند تابش دور به اندازه کافی حرارت به طور مداوم اقامت چند درجه خنک تر از هوای اطراف; تحقیقات نشان می دهد که تفاوت درجه حرارت می تواند بیش از 10 °C گرم و خشک ، دیوید ملوان که منجر شهری آب و هوا مرکز تحقیقات در دانشگاه ایالتی آریزونا در تمپه نامیده می شوند تا آنها را فوق العاده سرد مواد.

این مواد ممکن است نه تنها صرفه جویی در قبض برق, می گویند علاقه مندان اما همچنین کاهش و افزایش تقاضا برای قدرت گرسنه تبرید و تهویه مطبوع به عنوان جهان گرم. “باور من این است که در چهار تا پنج سال طول تابشی سیستم های خنک کننده خواهد بود شماره یک تکنولوژی برای ساختمان می گوید:” Mattheos Santamouris در دانشگاه نیو ساوت ولز در سیدنی استرالیا که خود را در حال کار برای بهبود این مواد. “این است که تهویه هوا از آینده است.”

چند محققان حتی پیشنهاد کرد که این مواد ممکن است به عنوان بخشی از یک geoengineering استراتژی برای کمک به زمین ریخته و حرارت برای مقابله با جهانی رو به افزایش درجه حرارت. “به جای سعی کنید برای جلوگیری از تماس های ورودی گرما از خورشید می تواند ما فقط زمین منتشر می کنند بیشتر است ؟” می پرسد: Jeremy Munday یک فیزیکدان در دانشگاه کالیفرنیا ،

اما بسیاری از دانشمندان در حال محتاط در مورد این ایده ها. تا کنون نظری برآورد چقدر انرژی الکتریکی را می توان ذخیره شده اند بر اساس داده ها از نمونه های کوچک تست شده بیش از مدت زمان کوتاه. نیز وجود دارد که شک و تردید در مورد مواد توانایی به کار در طیف گسترده ای از شرایط آب و هوایی و مکان است. اثر خنک کننده کار می کند بهترین در آب و هوای خشک و با روشن شدن آسمان که ابری است و یا مرطوب, آب, بخار تله تابش مادون قرمز. و فوق العاده سرد مواد ممکن است در همه شرايط و یا جا به راحتی به تمام ساختمان ها.

یکی دیگر ناشناخته است که آیا مصرف کنندگان را در آغوش ایده. حتی ساده اندازه گیری جایگزینی فرسوده پشت بام با انعکاسی سفید آنهایی که برای سرد خانه ها شده است به طور گسترده ای به تصویب رسید و توسط مالکان ملوان می گوید. خود نما xxx کار نشان می دهد که استفاده از یک سوپر-رنگ های سرد ممکن است دو برابر صرفه جویی انرژی در مقایسه با سقف. “این یک بیت از یک بازی-changer—به طور بالقوه” او می گوید.

غلبه بر خورشید

در سال 2012 رامان—که تکمیل دکترای خود را با فن در مواد برای برداشت انرژی خورشیدی—تصادفا در مطالعات مورد منفعل تابشی خنک کننده یک اثر او می خواهم نه از شنیده می شود. متوجه می شوند که هیچ کس تا به حال کار کردن چگونه به استفاده از آن در زیر نور مستقیم خورشید او به بررسی خواص نوری مواد نیاز خواهد بود برای غلبه بر گرمای خورشید. آن را باید منعکس کننده طیف خورشیدی در طول موج از 200 nanometres به 2.5 µm حتی موثر تر از رنگ سفید است که در حال حاضر به 94 درصد انعکاسی. و باید آن را جذب و منتشر می کنند به عنوان نزدیک که ممکن است به 100 ٪ از طول موج بسیار مهم 8-13-ميکرومتر محدوده (نگاه کنید به ‘نگه داشتن خود را سرد’).

همه این را می توان با انجام مهندسی مواد در مقياس نانو رامان و فن فکر می کردم. ایجاد ساختارهای کوچکتر از طول موج نور است که از طریق آنها باید افزایش جذب و انتشار برخی از طول موج و سرکوب دیگران.

این گروه با ایده آمد به اچ الگوها را در سطوح و انتشار آن در سال 2013 است. سپس این تیم با ارائه یک پیشنهاد به ما پروژه های تحقیقاتی پیشرفته سازمان انرژی (ARPA-E) برای کمک های مالی به آن را.

“من بلافاصله فکر کردم وای من واقعا می خواهم برای دیدن کسی در واقع انجام این کار” به یاد می آورد Howard Branz و سپس یک برنامه مدیر در ARPA-E در واشنگتن دی سی و در حال حاضر یک مشاور فناوری در بولدر کلرادو. “می خواهم شده است بسیاری از شب تابشی-خنک کننده کار می کنند اما برای انجام آن تحت وسیع کامل نور خورشید کاملا شگفت انگیز است.”

Branz به محققان US$400,000 و یک سال است. با کمی زمان استنفورد تیم تصمیم به ساده طراحی کنید و سعی کنید لایه بندی مواد در بیشتر راه آشنا. برای ایجاد چیزی بسیار بازتابنده محققان جایگزین چهار لایه نازک از مواد است که شکست نور به شدت (دی اکسید هافنیم) و ضعیف (دی اکسید سیلیکون و یا شیشه ای) و معمولا با استفاده از موتیف در مهندسی نوری است که کار می کند به خاطر چه تداخل امواج نور به عنوان آنها را از طریق لایه های مختلف. آنها با استفاده از همین اصل برای تقویت مادون قرمز تولید گازهای گلخانه ای واریز سه لایه های ضخیم تر از همان مواد ،

زمانی که آنها خود را آزمایش مواد از آن باقی ماند تقریبا 5 °C خنک تر از دمای محیط و حتی زیر نور مستقیم خورشید در حدود 850 وات در هر متر مربع. (در, روشن, روز روشن در سطح دریا به شدت از نور خورشید به طور مستقیم در بالای سر می رسد حدود 1000 Wm2).

پس از آن موفقیت ARPA-E بودجه طرح های دیگر به صورت فوق العاده سرد مواد. در این میان یک ایده از Xiaobo یین و Ronggui یانگ در دانشگاه کلرادو بولدر که می خواستم به مواد را در مقیاس بزرگ است. آنها تصمیم به کار با ارزان پلاستیکی و شیشه ای. شیشه حوزه از اندازه مناسب—چند micrometres سراسر—منتشر می کنند به شدت در 8-13-ميکرومتر محدوده. تعبیه این در 50 ميکرومتر ضخامت فیلم از شفاف polymethylpentene—پلاستیک مورد استفاده در برخی از تجهیزات آزمایشگاه و وسایل آشپزی—و پشتوانه این با بازتاب نقره ای کافی بود برای ایجاد یک فوق العاده سرد مواد. از همه مهمتر این محققان می تواند فیلم با رول-به-رول فن آوری است که چرخ از 5 متر در هر دقیقه است.

معلوم شد که بسیاری از مواد این نمایشگاه فوق العاده خنک کننده اگر ساختار در راه حق—و نه فقط عجیب و غریب و یا تخصص ، در سال 2018 محققان در دانشگاه کلمبیا در شهر نیویورک و آزمایشگاه ملی آرگون ای در لمنت ایلینوی گزارش فوق العاده سرد رنگ بر اساس یک sprayable پوشش های پلیمری. بسیاری از پلیمرها به طور طبیعی منتشر می کنند در مادون قرمز 8-13-ميکرومتر محدوده به دلیل پیوندهای شیمیایی مانند کسانی که بین اتم های کربن یا بین کربن و فلوئور خارج کردن بسته ها از نور مادون قرمز زمانی که آنها کشش و استراحت توضیح می دهد عضو تیم یوان یانگ. کلید برای تقویت پلیمرها توانایی برای منعکس کردن نور خورشید است.

یانگ دانشجو Zaain مندل—که در حال حاضر یک پژوهشگر فوق دکترا در رامان آزمایشگاه در دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس—محلول فلوئوردار پلیمر پیش سازهای در استون با مقدار کمی آب. این مخلوط می تواند اسپری بر روی سطح به ایجاد حتی یک پوشش پلیمری با قطرات آب پراکنده را از طریق آن. فرار استون خشک برای اولین بار پس از قطرات آب پشت منافذ پوست را پر کنید که با هوا. نتیجه کلی این است که یک پوشش سفید با خلل و فرج داخل که منعکس کننده نور خورشید یانگ می گوید.

ممکن است آخرین کلرادو تیم گزارش یکی دیگر از مواد: یک خنک کننده چوب ایجاد شده با Liangbing هو و تیان لی در دانشگاه مریلند کالج پارک. درست مانند پلیمرها چوب شيميايي شامل اوراق قرضه منتشر می کنند که نوع مناسب از تابش مادون قرمز می گوید: Li. خالص اثر خنک کننده را می توان با مواد شیمیایی از بین بردن یک جزء سفت و سخت به نام لیگنین را به چوب انعکاسی و فشرده سازی این محصول به چین آن سلولز الیاف و تقویت مادون قرمز تولید گازهای گلخانه ای.

دانشمندان همچنین ساخته شده فوق العاده سرد لايه نازک از polydimethylsiloxane (PDMS) و سیلیکون مواد موجود در محصولات مانند روغن صمغ و احمقانه بتونه با پاشش آن بر روی یک بازتاب حمایت. به تازگی به عنوان آخرین اوت Zongfu یو در دانشگاه ویسکانسین–مدیسون و Qiaoqiang گن در دانشگاه ایالتی نیویورک در بوفالو در بر داشت که یک آلومینیوم فیلم اسپری پوشش داده شده با 100 ميکرومولار لایه PDMS ماند 11 °C خنک تر از هوای محیط هنگامی که قرار داده در پردیس پارک ماشین در وسط روز.

چوب طبیعی (چپ) در کنار درمان های چوب است که می تابد و گرما. اعتبار: Liangbing هو InventWood

خنک ماندن

تقریبا تمام تیم های تحقیقاتی باید ثبت اختراعات خود را و در حال حاضر در تلاش به آنها را در بازار. گن در حال کار با شرکای صنعت که او کاهش یافته است به نام تجاری PDMS–آلومینیوم فیلم. دانشگاه کلمبیا مجوز آن فوق العاده سرد رنگ به نیویورک راه اندازی MetaRE تاسیس توسط مندل و یانگ کلمبیا همکار Nanfang یو برای توسعه است. MetaRE نیز همکاری با صنعت به منظور توسعه این رنگ برای سقف یخچال حمل و نقل, ذخیره سازی و برنامه های کاربردی نساجی می گوید: مدیر اجرایی مارس تیان. محصول “بسیار رقابتی” با رنگ متعارف او می گوید:.

دیگر شروع یو پی اس را برجسته کرده اند چقدر برق محصولات خود را می تواند نجات دهد. فن و رامان را توسعه داده اند یک سیستم اختصاصی برای SkyCool سیستم پانل های. در سال 2017, آنها پیش بینی کرد که این سیستم می تواند به کاهش مقدار برق یک ساختمان با استفاده از خنک کننده با 21 درصد در طول تابستان های گرم و خشک, Las Vegas, Nevada. رامان میگه پانل را برای پرداخت خود را در سه تا پنج سال. یین و Ronggui یانگ را آغاز کرده اند یک شرکت در بولدر به نام Radi-سرد برای تجاری شیشه ای-پلاستیکی تعبیه شده. در ژانویه گذشته آنها گزارش داد که ماده می تواند به کاهش مصرف برق برای خنک شدن در تابستان با 32-45% اگر آن را یکپارچه با چیلرهای آب در ساختمان های تجاری در شهر فینیکس, آریزونا; میامی فلوریدا و تگزاس. هو در ضمن مجوز فوق العاده سرد چوب به یک مریلند مبتنی بر شرکت او تاسیس به نام InventWood. او پیش بینی کرد که این می تواند صرفه جویی در 20-35 ٪ از انرژی برودتی در سراسر 16 شهرهای آمریکا.

اما این تخمین ها بر اساس آزمایش ها و مدل های که بیش از حد محدود به تعمیم به کل ساختمان در شهرستانها هشدار دیانا Ürge-Vorsatz, یک دانشمند محیط زیست در دانشگاه اروپای مرکزی در بوداپست است که دارای تخصص در تغییر آب و هوا را کاهش. واقعی صرفه جویی انرژی و چگونه به سرعت فوق العاده سرد مواد را برای خود پرداخت خواهد شد بستگی دارد در ساختار ساختمان محل و شرایط آب و هوا می افزاید: یین.

محل بزرگترین مانع است. “وجود دارد برخی از مناطق جغرافیایی که در آن فقط کار نخواهد کرد چون جو نیست خشک به اندازه کافی می گوید:” جیمز Klausner یک مهندس مکانیک در دانشگاه ایالتی میشیگان در شرق و لانسینگ, که در خدمت به عنوان یک ARPA-E برنامه مدیر پس از Branz و بودجه برخی از طرح های پیشنهادی در این زمینه است. اما نه بیش از حد خارج از قرار دادن او می گوید: از آنجا که مناطق که در آن اثر به خوبی کار می کند در حال خشک مناطق مانند جنوب غربی ایالات متحده و یا خاورمیانه که تقاضا برای تهویه هوا.

متخلخل رنگ سفید استفاده می شود برای خنک کردن ساختمان در تابستان; هنگامی که wetted با الکل آن را تبدیل شفاف و تله های حرارتی (سمت چپ) که ممکن است گرم ساختمان در فصل زمستان. اعتبار: Zaain مندل

چالش دیگر این است که تابشی-سیستم های خنک کننده ممکن است افزایش هزینه های گرمایش در زمستان. برای رسیدگی به این مشکل Santamouris در تلاش است تا به معرفی یک مایع لایه در بالای فوق العاده-مواد سرد که یخ زمانی که درجه حرارت به اندازه کافی پایین. هنگامی که مایع از جامد تابش دیگر نمی تواند فرار به فضا تا اثر خنک کننده قطع شده است. و در ماه اکتبر گذشته مندل و یانگ گزارش داد یکی دیگر از راه برای جلوگیری از شدید. اگر آنها پر کردن خلل و فرج خود را پوشش پلیمری با ایزوپروپانول پوشش شروع می شود برای به دام انداختن گرما به جای ریختن آن است. این را می توان معکوس با دمیدن هوا از طریق منافذ پوست برای خشک کردن آنها را.

موضوع دیگری: مواد رسیدن به فوق العاده خنک کننده تنها در صورتی که می توانید ارسال خود را از تابش مستقیم به سرد نزول گرما از فضای بیرونی است. در یک محیط شهری و ساختمان مردم و اشیاء دیگر می تواند در راه جذب گرما و دوباره انتشار آن است. بهترین اجرای مواد در حال حاضر حذف گرما به میزان حدود 100 Wm–2. گن و یو امید به دو برابر است که موقعیت خود را در فیلم عمود به سقف به طوری که تولید گازهای گلخانه ای می تواند فرار از هر دو سطح. اما این کار نیاز به اضافه کردن مواد در سراسر فیلم است که می تواند منعکس کننده گازهای گلخانه ای تا به آسمان.

محققان به دنبال راه های دیگر برای افزایش مواد خنک کننده توانایی. در ماه اکتبر گذشته ساناز وانگ در موسسه تکنولوژی ماساچوست در کمبریج و همکارانش گزارش شده است که پوشش تابشی-خنک کننده با نور عایق aerogel نگه داشته و ساختار 13 °C سردتر از اطراف آن در ظهر در خشک کویر آتاکاما در شیلی در مقایسه با 1.7 °C بدون aerogel. این aerogel مفهوم استفاده می شود می تواند با دیگر فوق العاده سرد مواد او می گوید:.

رویاهای استفاده از این فوق العاده سرد مواد برای geoengineering به کاهش گرمایش جهانی به نظر می رسد بیشتر و بعید است از یک دیدگاه عملی. در سپتامبر گذشته Munday استفاده می شود “بازگشت-از-پاکت محاسبات” را به نشان می دهد که زمان افزایش درجه حرارت می تواند متعادل با پوشش 1-2 ٪ از سطح زمین را با مواد موجود که تولید حدود 100 Wm–2 قدرت خنک در طول روز. اما از آنجا که پانل های خورشیدی هنوز هم نمی رسیدن به آن سطح از پوشش پس از چند دهه از توسعه آن به نظر می رسد غیر ممکن است که این نوپای فناوری می تواند انجام این کار در زمان مفید می گوید: Mark Lawrence, آب و هوا دانشمند در موسسه مطالعات پیشرفته توسعه پایدار مطالعات در پوتسدام آلمان. همانطور که با هر geoengineering پیشنهاد Munday اذعان ممکن است عواقب ناخواسته از اخلال آسمانی و الگوهای آب و هوای محلی—که Ürge-Vorsatz موافق هستند به احتمال زیاد به یک مشکل است.

هنوز هم منفعل تابشی خنک کننده ممکن است بسیاری از مزایای گوید رامان (نگاه کنید به ‘برق در شب آب در روز). آن می تواند به عنوان مثال برای کمک به جلوگیری از پانل های خورشیدی از دست دادن بهره وری به عنوان درجه حرارت افزایش می یابد. و همه تولید برق و تبدیل فرآیندهای تولید انرژی حرارتی تلف می گوید یین حتی اگر آنها با استفاده از انرژی های تجدید پذیر به جای سوخت های فسیلی است. “این تنها تکنولوژی است که مهار این همه اتلاف گرما و افسردگی آن را به عقب به فضا,” او می گوید.

برق در شب آب در روز

مواد که تخلیه گرما از زمین به فضا می تواند غیر منتظره برنامه های کاربردی. آنها می تواند به عنوان مثال آن را آسان تر به برداشت آب از اتمسفر در طول روز. در شب بخار آب متراکم به شبنم بر روی سطوح است که از دست دادن حرارت به آسمان شب, آسمان, اثر مهار برای قرن ها برای جذب آب است. Zongfu یو در دانشگاه ویسکانسین–مدیسون و Qiaoqiang گن در دانشگاه ایالتی نیویورک در بوفالو در بر داشت که یک آلومینیوم و فیلم پوشش داده شده در polydimethylsiloxane می تواند نه تنها خنک ماندن, اما همچنین افزایش آب چگالش در طول day12. این جفت ارز آغاز شده یک شرکت در بوفالو به نام رو به آفتاب, تمیز, آب تجاری دستگاه.

این اختلاف دمای فوق العاده سرد مواد و اطراف آن نیز می تواند مورد استفاده برای تولید برق در شب—بر خلاف پانل های خورشیدی است که کار تنها در روز است. در سپتامبر گذشته Aaswath رامان, Shanhui فن و Wei Li در دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا موفق به تولید قطره ای از برق—milliwatts در هر متر مربع—از جمله یک شبانه device13. که نشان می دهد این امکان را به حداقل برق به اندازه کافی در شب به برق یک LED کوچک. که هیجان انگیز اثبات مفهوم می گوید: Howard Branz یک مشاور فناوری در بولدر کلرادو. اما برق از پانل های خورشیدی می تواند ذخیره شده در باتری برای تولید بسیار بزرگتر جریان برق پس از آن هنوز روشن نیست که آیا این ایده مفید خواهد بود.

این مقاله تکثیر با کسب اجازه شد و برای اولین بار منتشر شده در تاریخ 31 دسامبر 2019.

tinyurlis.gdv.gdv.htu.nuclck.ruulvis.netshrtco.detny.im

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>