Ingenjörer från University of Colorado Boulder och University of Wyoming har framgångsrikt skalat upp ett innovativt vattenkylningssystem som kan ge kontinuerlig strålning dag- och nattkyla för strukturer. Framstegen kan öka effektiviteten hos kraftverk på sommaren och leda till effektivare, miljövänlig temperaturkontroll för hem, företag, allmännyttiga företag och industrier.

Den nya forskningen visar hur det billiga hybriden organiskt-oorganiskt radiativ kylningsmetamaterial, som debuterade 2017, kan skalas till en array på ungefär 140 kvadratmeter – tillräckligt liten för att passa på de flesta hustak – och fungera som en slags naturlig luftkonditionering med nästan ingen elförbrukning.

"Du kan placera dessa paneler på taket av ett enfamiljshus och tillfredsställa dess kylningskrav, sa Dongliang Zhao, huvudförfattare till studien och en postdoktor vid CU Boulders avdelning för maskinteknik.

Fynden beskrivs idag i tidskriften Joule och dra fördel av naturliga strålningsprinciper för kylning.

"När jordens temperatur värms upp på grund av den absorberade värmen från solljuset under dagen, den sänder kontinuerligt ut infrarött ljus till det kalla universum hela tiden, " sa professor Ronggui Yang för maskinteknik och huvudförfattare till studien. "Under natten, Jorden svalnar på grund av utsläppen utan solsken."

Forskarnas filmliknande material reflekterar inkommande nästan allt solljus samtidigt som det låter ett föremåls lagrade värme komma ut så mycket som möjligt, hålla det svalare än omgivande luft även i middagssolen.

"Materialet, som vi nu kan producera till låg kostnad genom att använda dagens rull-till-rulle tillverkningsteknik, erbjuder betydande fördelar." sa docent Xiaobo Yin för maskinteknik och CU Boulders materialvetenskap och ingenjörsprogram.

"Vi kan nu applicera dessa material på hustak, och till och med bygga storskaliga vattenkylningssystem som detta med betydande fördelar jämfört med konventionella luftkonditioneringssystem, som kräver stora mängder el för att fungera, " sa docent Gang Tan vid University of Wyomings avdelning för civil- och arkitekturteknik.

Forskarna testade sitt system utomhus i en mängd olika väderförhållanden, inklusive vind, nederbörd och fuktighet. I experiment som utfördes i augusti och september 2017, deras proprietära RadiCold-modul höll en behållare med vatten täckt av metamaterialet 20 grader Fahrenheit svalare än den omgivande luften mellan 12:30. och 15.00, dagens mest intensiva sommarsolljus.

Forskarna introducerade också ett element av dynamisk schemaläggning i sin teknik, förutse att strukturer som kontor kan ha begränsat eller inget kylbehov på natten. I ett byggnadsintegrerat system, dock, en kyllagringsenhet skulle kunna läggas till för att fånga upp kylan genom värmeöverföringsvätska, såsom vatten, i detta system och tillåta att den hämtas under efterföljande dag för att minska kylbelastningen under perioder med toppbehov.

"Vi har byggt en modul som fungerar i verkligheten, praktiska situationer, ", sa Yang. "Vi har gått ganska långt och snabbt från materialnivå till systemnivå."

RadiCold-modulen kan bli en gångbar lösning för kompletterande kyla för småhus, företag, kraftverk, kommunala verktyg och datacenteranläggningar bland andra potentiella applikationer, sa Yang.