Hvilke klimaer er bedst til passive køleteknologier?

En gruppe fra University of California, San Diego-forskere satte sig for at få en bedre forståelse af den termiske balance mellem kraftværker og overflader, som heliostatspejle eller solpaneler, når de udsættes for både sol- (kortbølget) og atmosfærisk (langbølget) stråling. De indså hurtigt, at de først ville være nødt til at bestemme, hvilke roller skydække og relativ luftfugtighed spiller i atmosfærens gennemsigtighed over for stråling ved temperaturer, der er almindelige på Jorden.

Det er vigtigt at bestemme, hvor meget varme der kan afvises til det ydre rum, og hvor meget der udstråles tilbage af atmosfæren til overfladen, når det kommer til at identificere den nøjagtige rolle, vand spiller. Det viser sig vand, som er til stede i gasform, flydende og faste faser i atmosfæren, er ikke kun hovedspilleren, men også det eneste atmosfæriske element, der varierer hurtigt i koncentration og ikke er godt blandet vertikalt.

I den Journal of Renewable and Sustainable Energy , gruppen præsenterer detaljerede kort over strålingskøleressourcer, de har oprettet for at hjælpe med at bestemme de bedste klimaer for storskala implementering af passive køleteknologier, som er afhængige af daglige ændringer i temperatur og luftfugtighed.

"Vi brugte nyligt kalibrerede korrelationer, eksperimentelle data og modeller for jordværdier for vanddamp og temperatur med himmelemissioner for at kortlægge de steder i USA, hvor vi mest effektivt kan afvise varme fra jorden til det ydre rum, " sagde Carlos F.M. Coimbra, formand for Institut for Maskin- og Luftfartsteknik. "På grund af de involverede fysiske processer, steder med tørrere atmosfærer og den hyppigste klare himmel er de mest velegnede til at implementere passive køleteknologier."

Det amerikanske sydvest viser stort potentiale, mens "andre områder, hvor effekten af ​​relativ fugtighed alene udtømmer evnen til at bruge denne kolde reservoirressource, viser meget mindre potentiale, " sagde Coimbra. "I områder med stort kølepotentiale, det samlede energiforbrug og det tilknyttede CO2-fodaftryk fra konventionelle køleteknologier - ofte den højeste komponent i efterspørgslen efter elektricitet - kan reduceres væsentligt."

Dette arbejde er særligt vigtigt for området termofotonisk design af overflader til passiv køling, som har vakt opmærksomhed på det seneste på grund af potentialet for at afvise varme til himlen.

"Siden antikken, mange samfund har brugt den kolde himmel til deres fordel, " sagde han. "I ørkenområder, en smart kombination af transpirationskøling (en fordampningsmetode) med passiv strålingskøling til 'kold' (tør, klar) himmel blev ofte brugt til at producere is og forhindre den i at smelte."

Den seneste udvikling inden for design af overflader til specifikke strålingsegenskaber betyder, at udsatte overflader kan belægges med maling eller andre overfladebehandlinger - såsom specialdesignet plast - for væsentligt at forbedre disse overfladers evne til at afvise varme under tørring, klare himmelforhold i løbet af dagen eller natten.

"Designet af tørkølende kondensatorer til koncentrerede solenergianlæg eller klimaanlæg vil drage fordel af evnen til at reflektere selektivitet i solen, mens de udsender kraftigt inden for de infrarøde dele af spektret, " sagde Coimbra. "Men disse strategier er mest effektive i bestemte årstider og for bestemte områder af planeten. Vi lever i en æra med DNA-målrettet medicin, men vi bruger stadig generiske energiteknologier, der ikke nødvendigvis er skræddersyet til forskellige regionale behov. Det er på tide at genoverveje den måde, vi implementerer disse virkningsfulde teknologier på."