Spørgsmål og svar:De mange fordele ved en verden uden aircondition

Når de fleste mennesker tænker på køling, de forestiller sig automatisk aircondition, eller afkøling af luften i et rum. Men der er en meget mere effektiv måde at afkøle folk på, ved hjælp af kroppens stråling.

For at demonstrere effekten af ​​strålingskøling, Forrest Meggers, adjunkt i arkitektur og Andlinger Center for Energi og Miljø, og et team af forskere byggede Cold Tube i Singapore sidste år. Det var en udendørs pavillon foret med nye isolerede strålepaneler, der holdt koldtvandsrør inde. Den menneskelige krop udveksler konstant stråling med genstande omkring den, og den stråling strømmer fra varme til kølige overflader. Deltagerne, der gik gennem udstillingen, kastede deres stråling mod panelerne og rapporterede, at de følte sig kølige, på trods af at luften selv har temperatur- og luftfugtighedsniveauer, der normalt ville føles kvældende. Den nye forskning viste, at folk kunne føle sig godt tilpas i varme og fugtige udendørs miljøer ved kun at bruge strålende køling, som kunne bruge langt mindre energi end at afkøle store luftmængder.

Tilfældigvis Yueh-Lin (Lynn) Loo, direktør for Andlinger Center for Energi og Miljø, har været baseret i Singapore i de sidste fem måneder, ikke langt fra hvor Meggers' hold testede Cold Tube. "Disse alternative designs kan forstyrre, hvordan vi tænker på samtidig at afkøle rum og fremme luftcirkulationen, " sagde Loo, som også er Theodora D. '78 og William H. Walton III '74 professor i ingeniørvidenskab og professor i kemisk og biologisk ingeniørvidenskab. "Jeg tror, ​​at Cold Tube og lignende teknologier er præcis den type innovationer, der kan hjælpe med at gøre det sjovere at leve i troperne."

Princeton-forskerne, samarbejder med forskere ved University of British Columbia, University of Berkeley, ETH Zürich i Singapore, og University of Pennsylvania, offentliggjort Cold Tube-resultaterne i 18. august-udgaven af Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).

I denne Q&A, Meggers og første forfatter af papiret, Dr. Eric Teitelbaum, som afsluttede forskningen som kandidatstuderende under Meggers og nu er senioringeniør hos AIL Research, kommentere potentialet for deres teknologi til at spare penge og energi, samt at hjælpe med at holde folk sikre i en pandemi som den nuværende COVID-19-krise ved at tillade mere luftstrøm i en bygning uden at installere ny infrastruktur eller kræve ekstra energi for at afkøle den større luftmængde.

Hvad er den største misforståelse om aircondition?

Meggers:Aircondition er ikke lig med køling. Det er en meget indarbejdet metode til at køle bygninger, men det er ikke den eneste. Derudover dine vinduesklimaanlæg køler blot eksisterende luft i rummet; de bringer ikke nyt, frisk luft ind i dit værelse. Aircondition (AC) enheder er blevet så normaliserede og integrerede i dagligdagen, men i virkeligheden, de er enorme maskiner, der kræver meget energi, og bør ikke behandles som at tænde en lyskontakt. En tilsyneladende simpel vinduesenhed kræver 10 til 1000 gange mere energi end en loftsventilator, og at lade AC være tændt kan sammenlignes i energi med at lade lyset være tændt i 100 værelser.

Hvad er fordelen ved at køle overflader, såsom vægge og borde, i stedet for at afkøle luften?

Meggers:I det kolde rør, beboerne afkøles fuldstændigt af termisk stråling, hvilket betyder, at energi primært blev brugt til at køle vandet inde i væggene, ikke afkøle luften. Med aircondition, affugtning og afkøling sker samtidigt. Fordelen ved Cold Tube-teknologien er, at den afkobler køling fra tilførsel af frisk luft, hvilket betyder, at folk kan holde deres vinduer åbne, samtidig med at komforten bevares, og uden at bruge enorme mængder energi på at afkøle og affugte luftstrømmen. Luft bør kun være til vejrtrækning, ikke køling.

Hvordan er resultaterne relevante for at beskytte folk mod virus som COVID-19?

Teitelbaum:Den måde, bygninger bygges på i dag, bruger udelukkende AC til køling, vi kan ikke øge mængden af ​​frisk luft, vi leverer til bygninger efter behag, fordi luftstrømmen er koblet med mængden af ​​klimaanlæg, bygninger skal levere. Hvis du ønsker mere udendørs luft, der strømmer ind i bygningen, du har også brug for yderligere kapacitet til at affugte og afkøle den luft. De fleste systemer blev ikke bygget med kapacitet til at strømme den mængde luft, i mange tilfælde, anbefales for at fortynde indendørs luftforurenende stoffer og forhindre spredning af smitte, ligesom den nylige COVID-19-virus. Og hvis de kan, det kræver enorme mængder energi. Men med strålende systemer, folk kan åbne vinduerne og stadig være komfortable, samtidig med at der lukkes ekstra frisk luft ind for at reducere koncentrationen af ​​virus i luften.

Hvordan hjælper denne teknologi med at afbøde klimaændringer?

Teitelbaum:Dette system bruger mindst 50 % mindre energi end et klimaanlæg af samme størrelse. At lade luften varme op med fem grader, mens kølende overflader kan sænke energibehovet med op til 40 % og opretholde beboernes komfort. At tillade endnu varmere lufttemperaturer vil resultere i større energibesparelser.

Kunne dette alternativ til klimaanlæg også forbedre udendørsluftkvaliteten ved at afbøde den urbane varmeø-effekt?

Meggers:De fleste af mine medforfattere og jeg har rejst rundt i Sydøstasien og har selv set, hvor hurtigt AC-enheder er blevet indsat i stor skala. Tilføjelse af AC-vinduer eller opdelte enheder til bygninger sker med lidt overvejelse af virkningerne på overfladetemperaturer, og klimaet og varmen i en by. Enhederne fungerer ved at afvise varmen fra luften i et rum til det fri. Afvisning af varme uden for bygningerne langs facaden fører til, at fortove og områder omkring bygninger bliver meget varme, og mange rum bliver ubrugelige. Vores teknologi gør præcis det modsatte; det giver muligheder for at genvinde termisk accept i forskellige dele af byen uden at skulle bygge en kæmpe park. Du kan installere disse kølepaneler udenfor og bygge "cool havens", hvor folk kan samles, spise, og spille.

Hvor vigtigt er dette eksperiment for at bane vejen mod en verden, hvor folk bliver afkølet uden AC?

Teitelbaum:Det vil tage mere end et 8-måneders eksperiment at ændre den måde, folk tænker på komfortsystemer og energieffektivitet i det byggede miljø. Meget af professor Meggers C.H.A.O.S labs forskning har fokuseret på at udvide vidensboblen om termisk strålings indflydelse på komfort og effektivitet. Cold Tube-eksperimentet skabte en masse ny viden, hvilket er en stor akademisk succes. Kommercielt, mens der er virksomheder, der fremstiller lignende teknologier, der er stadig behov for at fortsætte med at demonstrere og eksperimentere med nye koncepter for ikke kun at fremme teknologien, men også dette paradigmeskifte. Skiftet væk fra aircondition til mere holistisk komfortdesign ville hjælpe os med at agere som forvaltere af planeten såvel som vores egne byggede miljøer. I mange dele af verden, Singapore og andre tropiske områder, der i stigende grad søger måder at konditionere rum, markant mere energi går til at affugte luften end blot at afkøle luften. Dette er et af de steder, hvor vi mener, at vores komfortparadigme vil have den største effektivitetsforøgelse og effekt, da affugtning ikke er nødvendig for at folk skal føle sig godt tilpas.