Diese billigen kleinen Kühlschränke können für Kühlung sorgen, ohne dass Strom benötigt wird

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Diese billigen kleinen Kühlschränke können für Kühlung sorgen, ohne dass Strom benötigt wird

Von Good News Network - 9. Dezember 2018

Eine neue Art der Kühlung ohne Strom
Am MIT entwickelte Geräte könnten Kühlung für netzferne Standorte bereitstellen.
Geschrieben von David L. Chandler
MIT News

MIT-Forscher haben eine neue Methode entwickelt, um an einem heißen, sonnigen Tag für Kühlung zu sorgen, indem kostengünstige Materialien verwendet werden und kein Strom aus fossilen Brennstoffen benötigt wird.

Das passive System, das in erster Linie als Mittel zur Konservierung von Lebensmitteln und Medikamenten an heißen, netzfernen Orten gefeiert wird, ist im Wesentlichen eine High-Tech-Version eines Sonnenschirms.

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Das System ermöglicht die Emission von Wärme im mittleren Infrarotbereich des Lichts, das direkt durch die Atmosphäre austreten und in die Kälte des Weltraums strahlen kann und direkt durch die Gase dringt, die wie ein Gewächshaus wirken. Um eine Erwärmung im direkten Sonnenlicht zu vermeiden, blockiert ein kleiner Metallstreifen über dem Gerät die direkten Sonnenstrahlen.

Das neue System wird diese Woche im Journal beschrieben Naturkommunikation. Theoretisch könnte das von ihnen entwickelte System an einem Ort wie Boston eine Kühlung von bis zu 20 ° Celsius unter die Umgebungstemperatur ermöglichen, sagen die Forscher. Bisher haben sie bei ihren ersten Proof-of-Concept-Tests eine Abkühlung von 6 ° C erreicht. Für Anwendungen, die noch mehr Kühlung erfordern, könnte der Rest durch herkömmliche Kühlsysteme oder thermoelektrische Kühlung erzielt werden.

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Andere Gruppen haben versucht, passive Kühlsysteme zu entwickeln, die Wärme in Form von Lichtwellenlängen im mittleren Infrarotbereich abstrahlen. Diese Systeme basieren jedoch auf komplexen photonischen Bauelementen, deren Herstellung teuer und für eine breite Verwendung nicht ohne weiteres verfügbar sein kann, so die Forscher sagen. Die Geräte sind komplex, da sie so konzipiert sind, dass sie alle Wellenlängen des Sonnenlichts nahezu perfekt reflektieren und größtenteils nur Strahlung im mittleren Infrarotbereich emittieren. Diese Kombination aus selektivem Reflexionsvermögen und Emissionsvermögen erfordert ein mehrschichtiges Material, bei dem die Schichtdicken auf Nanometergenauigkeit gesteuert werden.

Es stellt sich jedoch heraus, dass eine ähnliche Selektivität erreicht werden kann, indem einfach das direkte Sonnenlicht mit einem schmalen Streifen blockiert wird, der genau im richtigen Winkel angeordnet ist, um den Weg der Sonne über den Himmel abzudecken, ohne dass das Gerät aktiv nachverfolgen muss. Dann kann ein einfaches Gerät, das aus einer Kombination aus kostengünstiger Kunststofffolie, poliertem Aluminium, weißer Farbe und Isolierung besteht, die notwendige Wärmeabgabe durch Strahlung im mittleren Infrarot ermöglichen, wodurch sich die meisten natürlichen Objekte abkühlen und gleichzeitig das Gerät daran hindern durch direktes Sonnenlicht erwärmt werden. Tatsächlich werden seit der Antike einfache Strahlungskühlsysteme verwendet, um eine nächtliche Kühlung zu erreichen. Das Problem war, dass solche Systeme tagsüber nicht funktionierten, da der Wärmeeffekt des Sonnenlichts mindestens zehnmal stärker war als der maximal erreichbare Kühleffekt.

Aber die Heizstrahlen der Sonne bewegen sich in geraden Linien und können leicht blockiert werden - wie wir zum Beispiel erleben, wenn wir an einem heißen Tag in den Schatten eines Baumes treten. Indem die Forscher das Gerät mit dem figürlichen Regenschirm beschatteten und durch eine Isolierung um das Gerät ergänzten, um es vor der Umgebungslufttemperatur zu schützen, machten sie die passive Kühlung praktikabler.

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'Es ist täuschend einfach', sagt die Abteilungsleiterin und Studienmitarbeiterin Evelyn Wang. 'Durch einen separaten Farbton und einen Emitter für die Atmosphäre - zwei separate Komponenten, die relativ kostengünstig sein können - erfordert das System keine besondere Fähigkeit, selektiv zu emittieren und zu absorbieren. Wir verwenden die Winkelselektivität, um die direkte Sonne zu blockieren, während wir weiterhin die wärmetragenden Wellenlängen zum Himmel emittieren. '

Dieses Projekt 'hat uns dazu inspiriert, über die Verwendung von' Schatten 'nachzudenken', sagt Yichen Shen, ein Forschungspartner und Mitautor des Papiers. „In der Vergangenheit haben die Menschen nur darüber nachgedacht, damit die Heizung zu reduzieren. Aber jetzt wissen wir, dass der Schatten, wenn er zusammen mit einer unterstützenden Lichtfilterung intelligent eingesetzt wird, tatsächlich zum Abkühlen des Objekts verwendet werden kann. '

Während sich die meisten Untersuchungen zur Strahlungskühlung auf größere Systeme konzentriert haben, die zur Kühlung ganzer Räume oder Gebäude eingesetzt werden können, ist dieser Ansatz lokaler. Wang sagt: 'Dies wäre nützlich für Kühlanwendungen wie die Lagerung von Lebensmitteln oder Impfstoffe.' In der Tat war der Schutz von Impfstoffen und anderen Arzneimitteln vor Verderb unter heißen tropischen Bedingungen eine große Herausforderung, der sich diese Technologie gut stellen könnte.

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Selbst wenn das System nicht ausreichte, um die Temperatur auf das erforderliche Niveau zu senken, könnte es die elektrischen Kühlsysteme zumindest entlasten, um nur die letzte Kühlung zu gewährleisten, sagt Wang.

Das System kann auch für einige Arten von konzentrierten Photovoltaikanlagen nützlich sein, bei denen Spiegel verwendet werden, um das Sonnenlicht auf eine Solarzelle zu fokussieren, um deren Effizienz zu erhöhen. Solche Systeme können jedoch leicht überhitzen und erfordern im Allgemeinen ein aktives Wärmemanagement mit Flüssigkeiten und Pumpen. Stattdessen könnte die Rückseite solcher Konzentrationssysteme mit den im passiven Kühlsystem verwendeten emittierenden Oberflächen im mittleren Infrarotbereich ausgestattet sein und die Heizung ohne aktiven Eingriff steuern.

Das Team hat Patente für die Erfindung angemeldet und hofft, dass es ziemlich schnell reale Anwendungen finden kann.

Nachdruck mit freundlicher Genehmigung von MIT News

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