Innovative MIT Passive Cooling System Works Without Electricity

Avtor:

Pasivni hladilni sistem MIT

Dva vzorca pasivnih hladilnih naprav sta bila testirana na strehi stavbe 1 MIT: na levi je vzorec novega sistema, kombinacija hlajenja z izhlapevanjem, hlajenja s sevanjem in izolacije. Na desni je naprava, ki uporablja samo hlajenje z izhlapevanjem, za primerjalno testiranje. Zasluge: Zhengmao Lu. Vljudnost

Odvisno od izhlapevanja in sevanja – vendar ne od elektrike – MIT Pasivni hladilni sistemi lahko dlje časa ohranjajo svežino hrane ali dopolnjujejo klimatske naprave v zgradbah.

Predvideva se, da se bo uporaba klimatskih naprav, ki požrejo energijo, močno povečala, ko se bo svet segreval, obremenjeval obstoječa električna omrežja in zaobšel mnoga mesta z malo ali nič zanesljive električne energije. Zdaj inovativni sistem, razvit na Tehnološkem inštitutu Massachusetts (MIT), ponuja način za ohranjanje pridelkov hrane in uporabo pasivnega hlajenja kot dopolnitev tradicionalnih klimatskih naprav v zgradbah. Ne potrebuje elektrike in le malo vode.

Sistem združuje radiacijsko hlajenje, hlajenje z izhlapevanjem in toplotno izolacijo v tankem paketu, ki je lahko podoben obstoječim sončnim kolektorjem. Okoli 19 stopinj je. lahko zagotovi do Fahrenheit (9,3 stopinje Celzija) hlajenja od temperature okolja. To je dovolj, da omogoča varno shranjevanje živil za približno 40 odstotkov dlje v zelo vlažnih razmerah. V sušilnih pogojih lahko to potroji čas varnega shranjevanja.

Ugotovitve 20 so objavljene v reviji celično poročilo fizika V prispevku septembra, ki so ga napisali postdoktorat MIT Zhengmao Lu, Ernie Leroy PhD ’21, profesorja Jeffrey Grossman in Evelyn Wang ter dva druga. Čeprav so potrebne nadaljnje raziskave za znižanje stroškov ključne komponente sistema, razvijalci pravijo, da bi lahko tak sistem sčasoma igral pomembno vlogo pri zadovoljevanju potreb po hlajenju v mnogih delih sveta, kjer je elektrike malo. Ali pa voda omejuje uporabo običajnih hladilnih sistemov.

S premeteno kombinacijo prejšnjih samostojnih zasnov hlajenja, od katerih je vsaka zagotavljala omejeno količino hladilne moči, lahko sistem proizvede več hlajenja na splošno. To je dovolj za zmanjšanje izgub hrane zaradi kvarjenja v delih sveta, ki že trpijo zaradi omejenih zalog hrane. Kot priznanje za ta potencial skupino raziskovalcev delno podpira laboratorij za vodo in prehrambene sisteme MIT Abdul Latif Jameel.

“Ta tehnologija združuje nekaj lepih lastnosti prejšnjih tehnik, kot sta hlajenje z izhlapevanjem in hlajenje s sevanjem,” pravi Lu. Z uporabo te kombinacije, pravi, “pokažemo, da lahko dosežete znatno podaljšanje življenjske dobe živil, tudi na območjih z visoko vlažnostjo,” kar je primerljivo z običajnim hlajenjem z izhlapevanjem ali sevanjem. Omejuje zmogljivosti sistema.

Uporaben bi bil tudi na mestih, kjer imajo stavbe obstoječe klimatske sisteme. Tam se lahko novi sistem uporabi za zmanjšanje obremenitve teh sistemov s pošiljanjem hladilne vode v kondenzator, najbolj vroč del sistema. “Z znižanjem temperature kondenzatorja lahko učinkovito povečate učinkovitost klimatske naprave, tako da lahko potencialno prihranite energijo,” pravi Lu.

Čeprav pravi, da druge skupine prav tako sledijo tehnikam pasivnega hlajenja, “z združevanjem teh funkcij na sinergijski način lahko zdaj dosežemo visoko učinkovitost hlajenja, tudi v območjih z visoko vlažnostjo.” Tudi na območjih, kjer prejšnja tehnologija na splošno morda ni dobro delovati.”

Tri plasti materiala sestavljajo sistem, ki skupaj zagotavljajo hlajenje, ko voda in toplota prehajata skozi napravo. V praksi lahko naprava spominja na običajno sončno ploščo, vendar bo namesto proizvajanja električne energije zagotavljala neposredno hlajenje. Na primer, lahko deluje kot streha posode za shranjevanje hrane in ohranja vsebino hladno. Druga praktična uporaba bi bila uporaba za pošiljanje ohlajene vode skozi cevi v hladnejše dele obstoječega klimatskega sistema in izboljšanje njegove učinkovitosti. Vzdrževanje je minimalno; Dodati je treba le vodo za izhlapevanje. Poleg tega je poraba vode tako majhna, da bi jo bilo treba narediti le enkrat na štiri dni v najbolj vročih in najbolj suhih območjih in samo enkrat na mesec v najbolj mokrih območjih.

Za zgornjo plast se uporablja aerogel. Ta material je večinoma sestavljen iz zraka, zaprtega v votlinah gobaste strukture iz polietilena. Čeprav je zelo izolativen, omogoča prost prehod vodne pare in infrardečega sevanja. Izhlapevanje vode (ki se dviga iz spodnje skorje) zagotavlja nekaj hladilne moči, medtem ko infrardeče sevanje, ki izkorišča izredno prosojnost Zemljine atmosfere pri teh valovnih dolžinah, prenaša nekaj toplote neposredno skozi zrak in v vesolje. Za razliko od klimatskih naprav, ki vpihujejo topel zrak v okolico.

Hidrogel se uporablja za naslednjo plast pod aerogelom. To je še en material, podoben gobi, vendar so njegove pore napolnjene z vodo namesto z zrakom. To je podobno materialu, ki se trenutno komercialno uporablja za izdelke, kot so hladilne blazinice ali obloge za rane. Zagotavlja vir vode za hlajenje z izhlapevanjem, saj se vodna para nabira na njeni površini in para potuje neposredno skozi plast aerogela v okolje.

Pod hidrogelom zrcalna plast odbija morebitno prihajajočo sončno svetlobo, ki namesto da bi segrela material, ko gre nazaj skozi napravo in tako zmanjša njihovo toplotno obremenitev. In zgornja plast aerogela, ki je dober izolator, je tudi zelo odbojna za sončno svetlobo, kar omejuje količino sončne toplote, ki jo naprava lahko proizvede tudi pod močno neposredno sončno svetlobo.

“Inovacija tukaj je v resnici samo združevanje naprave za sevalno hlajenje, naprave za hlajenje z izhlapevanjem in naprave za toplotno izolacijo v eno arhitekturo,” pojasnjuje Lu. Sistem je bil preizkušen z uporabo manjše različice na strehi stavbe na MIT, s premerom le 4 palcev, kar dokazuje njegovo učinkovitost tudi v slabših vremenskih razmerah, pravi Lu, in 9,3 Doseganje °C hlajenja (18,7 °F).

“Prvi izziv je bil, da se izhlapevalni materiali pogosto ne spopadajo dobro z absorpcijo sonca, ” pravi Lu. “Kot pri teh drugih materialih se običajno segrejejo, ko so pod soncem, zato ne morejo doseči visoke hladilne moči pri sobni temperaturi.”

Lastnosti materiala aerogela so ključne za splošno učinkovitost sistema, vendar je proizvodnja tega materiala trenutno draga, saj zahteva posebno opremo za sušenje s kritično točko (CPD), da ga počasi odstranimo, ne da bi poškodovali topila iz občutljive porozne strukture. je potrebno. Ključna značilnost, ki jo je treba nadzorovati, da zagotovimo želene lastnosti, je velikost por v aerogelu, ki je narejen z mešanjem polietilenskega materiala s topili, kar mu omogoča, da se strdi, kot ga daje skleda z želejem, in nato iz njega sprejema topila. Raziskovalna skupina trenutno raziskuje načine, kako narediti ta postopek sušenja cenovno dostopnejši, na primer z uporabo sušenja z zamrzovanjem ali iskanjem alternativnih materialov, ki lahko zagotovijo enako izolacijsko funkcijo po nižji ceni, kot so zračne reže, ločena membrana.

Medtem ko so drugi materiali, uporabljeni v sistemu, na voljo in sorazmerno poceni, pravi Lu, “je aergel edini material, ki je izdelek iz laboratorija, ki zahteva nadaljnji razvoj v smislu množične proizvodnje.” In pravi, da je nemogoče napovedati, kako dolgo bo ta razvoj trajal, preden bo sistem postal praktičen za široko uporabo.

To delo “predstavlja zelo zanimiv in nov pristop sistemske integracije pasivnih hladilnih tehnologij,” pravi Ziulin Ruan, profesor strojništva na Univerzi Purdue, ki ni sodeloval pri tej raziskavi. Ruan pravi: »S kombinacijo hlajenja z izhlapevanjem, hlajenja s sevanjem in izolacije ima boljšo učinkovitost hlajenja in je lahko učinkovit v širšem podnebju kot samo hlajenje z izhlapevanjem ali samo s sevanjem. če je sistem mogoče zgraditi po razumni ceni.”

Reference: Zhengmao Lu, Ernie Leroy, Lennon Zhang, Jatin J. Patil, Evelyn N. »Znatno izboljšano pasivno hlajenje pod okoljem, ki ga omogočajo izhlapevanje, sevanje in izolacija«, Wang in Jeffrey C. Grossman, 20. september 2022, celično poročilo fizika,
DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.101068

Raziskovalna skupina je vključevala Lennona Zhanga z oddelka za strojništvo MIT in Jatina Patila z oddelka za znanost in inženirstvo materialov.

READ  Misija BepiColombo je prvič letela ob Merkurju

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen.

Read also x