Nyt materiale kan give enorme energibesparelser til køling af huse

Et ultratyndt materiale på 1,8 mikrometer kan sende varmestråling fra bygninger ud i verdensrummet og samtidig reflektere mere end 97 pct. af energien i Solens stråler.

Materialet kan afkøle luften med fem grader celsius og har en afkølende virkning på 40 watt pr. kvadratmeter, viser en række forsøg.

Foreløbig findes kun en prototype af materialet på størrelse med en pizza, som forskerne selv beskriver det. En videreudvikling af materialet kan føre til enorme energibesparelser - ikke mindst i USA, hvor 15 pct. af bygningernes samlede energiforbrug går til airconditioning. Det mener Shanhui Fan fra Stanford University i Californien, der har stået i spidsen for forskningsgruppen bag det nyt materiale.

Udnyttes teknikken eksempelvis på en treetages reference-kontorbygning, defineret af National Renewable Laboratory, vil det kunne mindske energiforbruget med mere end 100.000 kilowatttimer om året for en sådan bygning placeret i Phoenix, Arizona, viser et simpelt regnestykke.

Består af syv lag

Materialet består af syv lag, der skiftevis er opbygget af siliciumdioxid (SiO2) og hafniumdioxid (HfO2). Det er placeret på et sølvsubstrat med en tykkelse på 200 nanometer og et 20 nm lag af titan.

HfO2 er et materiale med højt brydningsindeks, der har lav absorption i det ultraviolette område. Det er nyttigt for at optimere reflektionen af solens energi.

SiO2 har et lavere brydningsindeks og er optisk gennemsigtigt.

Det er materialeegenskaberne og interferenseffekter, der giver den ønskede virkning. Strukturen er optimeret med kommerciel software, der udspringer af forskning ved Moskvas statsuniversitet i 1990’erne.

I en videreudvikling af materialet vil det være muligt at erstatte HfO2 med det billigere materiale titandioxid (TiO2), forklarer forskerne i den videnskabelige artikel i Nature.

De nederste fire lag, som hver især har tykkelser i området 13-54 nanometer, vil reflektere 97 pct. af solenergien, der rammer materialet.

De tre øverste lag, som har en tykkelse mellem 230 og 688 nanometer, tillader infrarød varmestråling i området 8-13 mikrometer at slippe ud.

Det er afgørende, at det er denne form for infrarød stråling, der sendes ud af bygningen, idet den kan forsvinde uhindret ud gennem atmosfæren og forsvinde ud i det kolde univers, som dermed kan udnyttes til at forbedre energieffektiviteten på Jorden. Infrarød stråling ved lavere bølgelængder vil forblive i atmosfæren.

Der er tidligere lavet forsøg med at bortlede varmestråling i dette område, men det er aldrig tidligere lykkedes med brug af et materiale, der fungerer om dagen, hvor materialet rammes af sollys. Og det er præcis i en sådan situation, at det er mest nødvendigt at køle.

I en pressemeddelelse fra Stanford University forklarer Marin Soljacic fra Massachusetts Institute of Technology, at forskningsresultatet viser de store muligheder, der findes inden for nanofotonik.

En af de ingeniørmæssige udfordringer, der udestår, er at finde en metode, der kan sende varmen i lokalet hen mod materialet, hvorfra det så kan sendes direkte ud i universet.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Ja ok hafnium skal udskiftes, det er alt for kostbart. Men altså hvis det lader det brugbare lys passere uden problemer men bortleder og reflekterer varmestrålingen, vil det øge effektiviteten samt sørge for at solpaneler faktisk bidrager til at løse vores klima problemer...

  • 1
  • 0

Med den viste placering og i Arizona vil 3% af sollyset udgøre måske 30W. Til gengæld er der kun 0,1% tilbage i udstrålingsbåndet 8 til 14um altså ~1W. Til gengæld kan den udstråle 150W i det pågældende bånd op til en klar himmel hvis den er 300K. Det er faktisk en omvendt energirude. De 40W den kan køle med lyder rimelig selv i sollys. Anodiseret aluminium kunne måske også gøre det. Det er blankt for synligt lys og næsten sort for infrarødt. Brugen til kaffekander for år tilbage var uheldig termisk set.

  • 1
  • 0

May. 23, 2019, sciencemag.org: This engineered wood radiates heat into space, potentially slashing cooling costs Citat: "... If used on a building’s exterior, such as in siding and roofs, the material could drop a building’s temperature as much as 10°C and reduce cooling costs as much as 60%. ... But in the past 2 years, researchers have devised plastic films and paints that absorb heat and re-emit that energy at longer mid-IR wavelengths, which air doesn’t absorb. If emitted toward the sky, these photons pass unimpeded and dump their energy into deep space. But to use these materials in buildings, engineers need to laminate rooftop or siding materials with the plastics or apply the heat-emitting paints. ... The researchers hit upon a simple chemical procedure. They soaked basswood in a solution of hydrogen peroxide, which chops normally long lignin molecules into small fragments. The fragments diffuse out of the solution and can be washed away. The team then used a hot press, an industrial vise for making wood composites, to compress the remaining cellulose and hemicellulose components together. The result was an engineered wood with eight times the strength of natural wood. The new wood is more than just strong. Stripped of lignin, it turns white, reflecting virtually all incoming light. The new composite also absorbs heat from its surroundings and reradiates it as mid-IR light. That allows the material to cool surfaces to which it is attached by up to 10°C, the researchers report today in Science. The wood doesn’t radiate heat away quite as well as the plastic films. But it’s still cool to the touch, and could make a big difference, Hu says. ..."

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten