En grupp från University of California, San Diego-forskare försökte få en bättre förståelse för den termiska balansen mellan kraftverk och ytor, som heliostatspeglar eller solpaneler, när de utsätts för både solstrålning (kortvågig) och atmosfärisk (långvågig) strålning. De insåg snabbt att de först skulle behöva bestämma vilka roller molntäcke och relativ luftfuktighet spelar för atmosfärens transparens för strålning vid temperaturer som är vanliga på jorden.

Att bestämma hur mycket värme som kan avvisas till yttre rymden och hur mycket som strålas tillbaka av atmosfären till ytan är viktigt när det gäller att identifiera den exakta rollen vatten spelar. Det visar sig vatten, som finns i gasform, flytande och fasta faser i atmosfären, är inte bara huvudspelaren utan också det enda atmosfäriska elementet som varierar snabbt i koncentration och som inte blandas väl vertikalt.

I den Journal of Renewable and Sustainable Energy , gruppen presenterar detaljerade kartor över radiativ kylning som de skapade för att hjälpa till att bestämma det bästa klimatet för storskalig användning av passiv kylningsteknik, som förlitar sig på dagliga förändringar i temperatur och luftfuktighet.

"Vi använde nyligen kalibrerade korrelationer, experimentella data och modeller för markvärden för vattenånga och temperatur med himmelsemissioner för att kartlägga de platser i USA där vi mest effektivt kan avvisa värme från marken till yttre rymden, sa Carlos F.M. Coimbra, ordförande för institutionen för maskin- och rymdteknik. "På grund av de fysiska processerna som är involverade, platser med torrare atmosfärer och den mest frekventa klara himlen är de mest lämpliga för att använda passiv kylteknik."

Sydvästra USA visar stor potential, medan "andra områden där effekten av enbart relativ fuktighet utarmar förmågan att använda denna kalla reservoarresurs visar mycket mindre potential, ", sa Coimbra. "I områden med stor kylpotential, den totala energiförbrukningen och det associerade koldioxidavtrycket från konventionell kylteknik – ofta den högsta komponenten av elbehovet – kan minskas avsevärt."

Detta arbete är särskilt viktigt för området termofotonisk design av ytor för passiv kylning, som har väckt uppmärksamhet på sistone på grund av potentialen att avvisa värme mot himlen.

"Sedan antiken, många samhällen har använt den kalla himlen till sin fördel, " sa han. "I ökenområden, en smart kombination av transpirationskylning (en evaporativ metod) med passiv strålningskylning till "kall" (torr, klar) himmel användes ofta för att producera is och hindra den från att smälta."

Den senaste tidens utveckling när det gäller utformning av ytor för specifika strålningsegenskaper innebär att exponerade ytor kan beläggas med färger eller andra ytbehandlingar – såsom specialdesignade plaster – för att avsevärt förbättra dessa ytors förmåga att avvisa värme under torkning, klar himmel under dagen eller natten.

"Utformningen av torrkylningskondensatorer för koncentrerade solkraftverk eller luftkonditioneringssystem kommer att dra nytta av förmågan att reflektera selektivitet i solen samtidigt som de emitterar starkt inom de infraröda delarna av spektrumet, ", sade Coimbra. "Men dessa strategier är mest effektiva under särskilda säsonger och för särskilda regioner på planeten. Vi lever i en tid av DNA-inriktade läkemedel, men vi använder fortfarande generiska energitekniker som inte nödvändigtvis är skräddarsydda för olika regionala behov. Det är dags att ompröva hur vi implementerar dessa effektfulla teknologier."