Системы радиационного охлаждения, создаваемые на протяжении многих лет во многих формах, поглощают тепло внутри помещения или здания и излучают его в инфракрасном диапазоне в атмосферу. Далее ничего не мешает этому излучению уходить за пределы атмосферы в космическое пространство.
В этих устройствах используются панели из материалов, способных поглощать и излучать тепло. Логичный способ сориентировать панели с тепловым излучателем - это повернуть одну сторону к небу, как это используется в солнечных панелях, но команда нового исследования считает, что это не самый эффективный метод. Панели излучают тепло с обеих сторон, поэтому в этом положении часть тепла излучается обратно на землю.
В новой конструкции исследователи Buffalo поместили тепловой излучатель так, чтобы тепло могло собираться с обеих сторон и передаваться в пространство. Для этого термоэмиттер установили вертикально вверх между парой зеркал, расположенных в форме буквы V. Функция зеркал - отражать полученную от излучателя энергию в виде инфракрасных волн вверх в пространство.
«Поскольку тепловое излучение от обеих поверхностей центрального теплового излучателя отражается в небо, локальная плотность мощности охлаждения на этом излучателе удваивается, что приводит к рекордному снижению температуры», - говорит Цяоцян Ган, ведущий автор исследования.
В ходе экспериментов команда показала, что устройство способно снизить температуру внутри испытательной установки более чем на 12 ° C под прямыми солнечными лучами и более чем на 14 ° C в ночное время суток.
Зеркала имеют более продвинутую начинку, чем кажется на первый взгляд. Сделанные из 10 тонких слоев серебра и диоксида кремния, они разработаны таким образом, чтобы избирательно реагировать на волны различной длины. Они отражают инфракрасные волны среднего диапазона от излучателя, при этом поглощая волны видимого света и ближнего инфракрасного спектра. Это не дает солнечному теплу нейтрализовать охлаждающий эффект и повышает эффективность устройства.
Кроме того, тепло, поглощаемое зеркалами, может быть использовано с пользой - в этом тесте команда использовала его для нагрева воды до 60 ° C.
«Большинство систем радиационного охлаждения рассеивают солнечную энергию, что ограничивает охлаждающие возможности системы», - говорит Ган. «Даже при идеальном спектральном подборе верхний предел мощности охлаждения при температуре окружающей среды 25 ° C составляет около 160 Ватт на квадратный метр. Получается , что солнечная энергия имеющая мощность около 1000 ватт на квадратный метр стандартных систем была просто потрачена впустую».
Исследователи говорят, что это устройство может помочь снизить затраты и снизить нагрузку на окружающую среду, связанную с охлаждением, которое остается одним из самых больших источников потребления энергии. На данный момент, однако, основное внимание будет уделено его масштабированию до размера крыши - тестовая модель имела размеры всего 70 см 2 (27,5 дюйма 2 ).
Исследование было опубликовано в журнале Cell Reports Physical Science
