När de flesta tänker på kylning, de föreställer sig automatiskt luftkonditionering, eller kyla luften i ett rum. Men det finns ett mycket mer effektivt sätt att kyla människor, använder kroppens strålning.

För att demonstrera effekten av strålningskylning, Forrest Meggers, biträdande professor i arkitektur och Andlinger centrum för energi och miljö, och ett team av forskare byggde Cold Tube i Singapore förra året. Det var en utomhuspaviljong kantad med nya isolerade strålningspaneler som höll kallvattenrör inuti. Människokroppen utbyter ständigt strålning med föremål runt den och den strålningen strömmar från heta till svala ytor. Deltagarna som gick genom utställningen kastade sin strålning mot panelerna och rapporterade att de kände sig svala, trots att luften i sig har temperatur- och luftfuktighetsnivåer som vanligtvis skulle kännas svällande. Den nya forskningen visade att människor kunde känna sig bekväma i varma och fuktiga utomhusmiljöer med endast strålningskylning, som skulle kunna använda mycket mindre energi än att kyla stora luftmängder.

Av en slump Yueh-Lin (Lynn) Loo, chef för Andlinger Center for Energy and the Environment, har varit baserat i Singapore de senaste fem månaderna, inte långt från där Meggers team testade Cold Tube. "Dessa alternativa konstruktioner kan störa hur vi tänker på att samtidigt kyla utrymmen och främja luftcirkulation, "sa Loo, som också är Theodora D. '78 och William H. Walton III '74 professor i teknik och professor i kemisk och biologisk ingenjörskonst. "Jag tror att Cold Tube och liknande tekniker är exakt de typer av innovationer som kan hjälpa till att göra livet i tropikerna roligare."

Princeton -forskarna, samarbetar med forskare vid University of British Columbia, University of Berkeley, ETH Zürich i Singapore, och University of Pennsylvania, publicerade Cold Tube -resultaten i 18 augusti -numret av Förfaranden från National Academy of Sciences ( PNAS ).

I denna Q&A, Meggers och första författare till tidningen, Dr Eric Teitelbaum, som avslutade forskningen som doktorand under Meggers och nu är senior ingenjör vid AIL Research, kommentera potentialen för deras teknik att spara pengar och energi, också för att hålla människor säkra i en pandemi som den nuvarande COVID-19-krisen genom att möjliggöra mer luftflöde i en byggnad utan att installera ny infrastruktur eller kräva extra energi för att kyla den större luftvolymen.

Vilken är den största missuppfattningen om luftkonditionering?

Meggers:Luftkonditionering är inte lika med kylning. Det är en starkt engagerad metod för att kyla byggnader, men det är inte den enda. Dessutom, dina fönster luftkonditioneringsapparater kyler bara befintlig luft i rummet; de tar inte med nya, frisk luft in i ditt rum. Luftkonditioneringsenheter (AC) har blivit så normaliserade och integrerade i vardagen men, i verkligheten, de är enorma maskiner som kräver mycket energi, och bör inte behandlas som att slå på en ljusströmbrytare. En till synes enkel fönster kräver 10 till 1000 gånger mer energi än en takfläkt, och att låta AC:n vara jämförbar i energi med att lämna ljuset på i 100 rum.

Vad är fördelen med kylande ytor, som väggar och bord, istället för att kyla luften?

Meggers:In the Cold Tube, passagerare kyls helt av termisk strålning, vilket betyder att energi främst användes för att kyla vattnet inuti väggarna, kyler inte luften. Med luftkonditionering, avfuktning och kylning sker samtidigt. Fördelen med Cold Tube-tekniken är att den frikopplar kylning från tillförsel av frisk luft, vilket betyder att människor kan hålla sina fönster öppna, samtidigt som komforten bibehålls, och utan att förbruka enorma mängder energi för att kyla och avfukta luftflödet. Luft bör endast vara för andning, kyler inte.

Hur är resultaten relevanta för att skydda människor från virus som COVID-19?

Teitelbaum:Hur byggnader byggs idag, använder uteslutande AC för kylning, vi kan inte öka mängden frisk luft vi levererar till byggnader efter behag eftersom luftflödet är kopplat till mängden luftkonditionering som byggnader behöver tillhandahålla. Om du vill att mer utomhusluft ska strömma in i byggnaden, du behöver också ytterligare kapacitet för att avfukta och kyla den luften. De flesta system byggdes inte med kapacitet att flöda den mängd luft som i många fall, rekommenderas att späda ut luftföroreningar inomhus och förhindra smittspridning, som det senaste COVID-19-viruset. Och om de kan, det kräver enorma mängder energi. Men med strålningssystem, människor kan öppna fönstren och ändå vara bekväma, samtidigt som man släpper in extra frisk luft för att minska koncentrationen av virus i luften.

Hur hjälper den här tekniken till att mildra klimatförändringarna?

Teitelbaum:Detta system använder minst 50% mindre energi än en luftkonditioneringsapparat av jämförbar storlek. Att låta luften värmas upp med fem grader medan kylytor kan sänka energibehovet med upp till 40% och bibehålla passagerarnas komfort. Att tillåta ännu varmare lufttemperaturer skulle resultera i högre energibesparingar.

Kan detta alternativ till luftkonditionering förbättra uteluftskvaliteten också genom att mildra urban heat island -effekten?

Meggers:De flesta av mina medförfattare och jag har rest runt i Sydostasien och har på egen hand sett hur snabbt AC -enheter har distribuerats i stor skala. Att lägga till AC-fönster eller delade enheter till byggnader görs med liten övervägande av effekterna på yttemperaturerna, och klimatet och värmen i en stad. Enheterna fungerar genom att avvisa värmen från luften i ett rum till utsidan. Att avvisa värme utanför byggnaderna längs fasaden leder till att trottoarer och områden runt byggnader blir mycket varma, och många utrymmen blir oanvändbara. Vår teknik gör precis tvärtom; det ger möjligheter att återta termisk acceptans i olika delar av staden utan att behöva bygga en enorm park. Du kan installera dessa kylpaneler utanför och bygga "coola fristäder" där människor kan samlas, äta, och spela.

Hur viktigt är detta experiment för att bana väg mot en värld där människor kyls utan AC?

Teitelbaum:Det kommer att ta mer än ett 8-månaders experiment för att förändra hur människor tänker kring komfortsystem och energieffektivitet i den byggda miljön. Mycket av professor Meggers C.H.A.O.S labs forskning har fokuserat på att utöka kunskapsbubblan om värmestrålningens inflytande på komfort och effektivitet. Cold Tube -experimentet skapade mycket ny kunskap, vilket är en stor akademisk framgång. Kommersiellt, medan det finns företag som tillverkar liknande teknik, det finns fortfarande ett behov av att fortsätta demonstrera och experimentera med nya koncept för att inte bara främja tekniken, men också detta paradigmskifte. Skiftet från luftkonditionering till mer holistisk komfortdesign skulle hjälpa oss att fungera som förvaltare av planeten såväl som våra egna byggda miljöer. I många delar av världen, såsom Singapore och andra tropiska områden som alltmer söker sätt att konditionera utrymmen, betydligt mer energi går till avfuktning av luften än bara kylning av luften. Detta är en av de platser som vi tror att vårt komfortparadigm kommer att ha de största effektivitetsökningarna och effekterna, eftersom avfuktning inte krävs för att människor ska känna sig bekväma.