Technologie koelt gebouwen in direct zonlicht

Onderzoekers hebben materiaal ontwikkeld dat warmte zeer effectief af kan voeren, zelfs wanneer het in direct zonlicht geplaatst wordt. Het materiaal straalt warmte richting de ruimte terwijl opvallend zonlicht wordt gereflecteerd.

Radiators die warmte, bijvoorbeeld van airconditioningsystemen, moeten afvoeren, hebben vooral overdag, in direct zonlicht, moeite meer warmte af te voeren dan ze opvangen. De straling van zonlicht verwarmt de koelelementen, zodat per saldo meer warmte wordt opgevangen dan afgegeven. Onderzoekers van de Stanford-universiteit hebben echter een materiaal ontwikkeld dat zonlicht zeer efficiënt kan weerkaatsen en warmtestraling met een zeer specifieke golflengte kan afgeven. Die infrarood-golflengte kan warmte richting de ruimte stralen.

Het materiaal dat de Stanford-engineers ontwikkelden, heeft twee functies. Enerzijds werkt het als een breedband-reflector voor zonlicht, waarbij het zonlicht wordt gereflecteerd. Tegelijk kan het nanogestructureerde materiaal, dat uit lagen metaal-diëlektrisch fotonisch kwarts en siliciumcarbide bestaat, warmte als mid-infrarode straling afgeven. De atmosfeer is redelijk transparant voor straling met die golflengte, zodat de warmte naar de ruimte gedissipeerd wordt.

Panelen van een vierkante meter met het nieuwe materiaal zouden netto ruim 100 watt aan warmte kunnen afstaan. Wanneer daken van gebouwen voor tien procent met het materiaal bedekt zouden worden, zou de benodigde energie voor airconditioning met 35 procent verminderd kunnen worden. Vooral in warmere klimaten zou het gebruik van het materiaal de benodigde energie en kosten voor de koeling van gebouwen aanzienlijk reduceren. Overigens zouden niet alleen gebouwen zo gekoeld kunnen worden: ook auto's zouden kunnen profiteren van het Stanford-materiaal.

Reacties (34)

[Grrrrrene]

Grappig, maar valt dit nog enigszins te regelen? Je hebt in de winter ook wel enig zonlicht nodig om je huis op te warmen, of schuif je het dan onder de dakpannen (al dan niet geautomatiseerd) zodat je de warmte van de zon optimaal omzet in warmte in huis?

Voor auto's lijkt het me ook ideaal: als je de hele zomerse dag in de zon geparkeerd hebt gestaan met je zwarte auto weet je niet wat je meemaakt als je instapt... Op je zwarte leer...

[Reactie gewijzigd door Grrrrrene op 23 juli 2024 22:55]

[Iblies]

Het spul is niet direct voor ons bedoeld.

Standford universiteit is gevestigd in Californië. Een staat die het grootste deel van het jaar warm is en veel energie wordt verbruikt voor oa airco.
En energie is sowieso een hot issue in Californië en dat heeft ook te maken met zijn verleden.
http://en.wikipedia.org/wiki/California_electricity_crisis

Als het relatief snel op de markt kan worden gebracht zouden ze er als universiteit goed geld mee kunnen verdienen en met een beetje geluk krijgen ze vanuit de overheid ook nog eens subsidie.

[spNk]

Nouja, ze hebben het over radiatoren van airco's e.d., niet over complete gebouwen.
Aangezien je een airco niet nodig hebt in de winter, lijkt me dat niet zo'n probleem.

[Nas T]

Nouja, ze hebben het over radiatoren van airco's e.d., niet over complete gebouwen.

artikel:

Wanneer daken van gebouwen voor tien procent met het materiaal...

Wel dus.

Ontopic:
Leuk materiaal dit, de prijs zal natuurlijk weer de beperkende factor zijn.
Wat de winter betreft: misschien de panelen omdraaien? Of juist liften zodat er een isolerende luchtlaag ontstaat?

[Rigs]

ik gebruik men airco (thuis) ook in de winter om te verwarmen als extra op de radiator :-)

[B64]

Voor auto's lijkt het me ook ideaal: als je de hele zomerse dag in de zon geparkeerd hebt gestaan met je zwarte auto weet je niet wat je meemaakt als je instapt... Op je zwarte leer...

Er is een reden voor dat in zuidelijke landen relatief veel witte en zilvergrijze auto's rondrijden. Zwart (en anderszins donker) is in meerdere opzichten een vrij onhandige kleur voor auto's, ook hier in Nederland.

Bovendien helpt het vooral goed als je ook de ramen kunt bekleden met dit spul, anders heeft het nog weinig zin. Bij veel auto's heeft de voorruit een vrijwel even groot oppervlak als het dak, en ligt ook bijna even vlak. Ben alleen bang dat de auto dan niet door de typegoedkeuring komt...

[Reactie gewijzigd door B64 op 23 juli 2024 22:55]

[BeosBeing]

Vorige zomers heb ik temperaturen gemeten in de auto van 72 graden celsius. (electonische thermometer, display was leeg, na afkoelen ggaf hij aan dat dit de hoogste gemeten waarde was die dag, de waarde ligt echter dicht bij de hoogste waarde in het meetbereik van het apparaat.) Dat was in een zilverkleurige auto.

Dat zijn temperaturen die niet gezond meer zijn. Dus deuren en ramen open, even wachten voor een beetje afkoeling, starten en ventilator aan (of airco maar die heb ik in deze niet) en dan weer wachten. Totaal zou je hiermee toch wel een ½ uur zoet zijn voordat je echt in de auto kunt gaan zitten.

Het hierboven genoemde materiaal lijkt me vooralsnog auto's niet zo geschikt. De dikte van de laag en het gewicht lijken mee te vallen (al is het snel meer dan de huidige laklaag) maar de kostprijs van het materiaal en de beperkte levensduur van een auto (10-15 jaar vs >30jr voor een gemiddeld gebouw) zullen remmend werken. Relatief gezien (verhouding met m³ inhoud) heeft een auto een klein dak, zeker in vergelijking met een gebouw. Ook kun je de ramen er niet mee afdekken. Je hebt dus maar ongveer 2m² tot je beschikking. De vraag is dus of de effectiviteit op een autodak voldoende zal zijn.

Daarnaast willen de meeste kopers van nieuwe auto's dat deze blinkt (kun je zien dat deze nieuw is) en zullen ze dit niet mooi vinden. Op een dak van en gebouw speelt dat geen rol, daar zit niemand tegenaan te kijken en is estetica niet zo belangerijk als bij een auto.

[cobex]

Ik vermoed dat als ze de warmte in de zomer richting outer space kunnen richten, ze dat in de winter richting gebouw kunnen? Of toch tenminste zorgen dat er geen weerkaatsing plaatsvindt.

[Anoniem: 55300]

In de winter staat de zon laag, dus dan schijnt de zon door je ramen naar binnen en minder op het dak. In passief huizen (huizen met een minimaal energie verbruik) hebben ze grote ramen op het zuiden. Dit geeft veel licht en veel zon-inval in de winter.

[2right]

Er zijn genoeg landen met name nabij de evenaar waar de temperatuur het hele jaar door hoog is. Daar kan je met dit materiaal scoren. In ons klimaat wordt de airconditiong niet zo heel veel gebruikt (alleen 1 of 2 maanden in de zomer als we geluk hebben) en hebben we er dus een stuk minder aan.

[Universal Creations]

Kwestie van afdekken in de winter lijkt mij. Of misschien dat omdraaien ook hierbij werkt.

[vlaaing peerd]

wauw, mike dat is gewoon amazing. Lijkt wel een beetje op deze uitvinding.

Maar serieus zo'n fantastisch ding is het echt niet. De warmte die normaliter het gebouw absorbeert zijn fotonen die omgezet worden in energie, dit geval warmte. Een doodnormale spiegel reflecteert al ruim 90%, een AR gecoate spiegel al meer dan 99,99999% van het licht in zichtbare spectrum

Daarnaast,..ipv de warmte direct weer de atmosfeer in te knallen, zouden ze misschien die kunnen gebruiken voor het opwekken van energie?

kortom, niks beters dan een spiegel dus.

[Sibylle]

Als jij het niet snapt dan wil het nog niet zeggen dat het niet werkt...

Een spiegel is geen breedbandreflector, zie bijv. dit reflectiespectrum van een AR coating: Plaatje
Je ziet duidelijk dat voor IR de reflectie veel minder is dan voor zichtbaar licht...een spiegel warmt dan ook flink op in de zon (voel maar eens aan de achterkant na een tijdje).

Verder is dat reflecteren niet eens wat er zo speciaal is aan dit materiaal.
Het gaat erom dat warmte goed geleid wordt en wordt uitgestraald op een specifieke golflengte die niet wordt geabsorbeerd in de omgeving!
Als je warmte zou uitstralen rond een piek in het absorptiespectrum van de atmosfeer dan warm je simpelweg de lucht rondom je materiaal op tot er een evenwicht ontstaat en je koeling alsnog niet goed werkt.

Dit materiaal geleidt warmte dus goed genoeg om als heatsink te dienen, straalt bovendien de warmte efficiënt weg en blijft dit doen! En daarbovenop reflecteert het ook nog eens een bijna al het zonlicht.
Een spiegel komt niet eens in de buurt!

[Anoniem: 415735]

Of anders lees je even het artikel?!?

Het gaat dus om meer dan alleen reflectie:

...The structure behaves as a broadband mirror for solar light, while simultaneously emitting strongly in the mid-IR within the atmospheric transparency window, achieving a net cooling power in excess of 100 W/m2 at ambient temperature. This cooling persists in the presence of significant convective/conductive heat exchange and nonideal atmospheric conditions....

.
bron: Rephaeli, E., Raman, A., Fan, S. (2013)."Ultrabroadband Photonic Structures To Achieve High-Performance Daytime Radiative Cooling", Nano Letters.DOI: 10.1021/nl4004283, weblink

[-Tom]

De technologie 'koelt' de gebouwen dus niet, anders dan de titel doet vermoeden, maar zorgt er voor dat er meer warmte weerkaatst wordt. Wat op zichzelf natuurlijk een erg mooie uitvinding is, maar zeker niet zo revolutionair als de titel doet voorkomen. Of zie ik dit verkeerd?

[Anoniem: 393082]

Quote: Tegelijk kan het nanogestructureerde materiaal, dat uit lagen metaal-diëlektrisch fotonisch kwarts en siliciumcarbide bestaat, warmte als mid-infrarode straling afgeven.

Het reflecteerd enerzijds het zonlicht, maar het zend ook warmte uit in de vorm van infra rood straling. Dus het is zowel een reflector als een heatsink.

[Rutje!]

Elk materiaal dat warmte, in freq x, kan absorberen kan het in diezelfde frequentie uitstralen. De frequencies waarin de zon (~5500K) en onze omgeving (~300K) uitralen zijn dusdanig verschillend dat er geen overlap is. Daarom is het niet zo heel bijzonder dat er een materiaal is wat die eigenschappen bezit.

Sneeuw doet bijvoorbeeld precies hetzelfde, reflecteert zonlicht uitstekend (het is wit) maar absorbeert (en straalt dus uit) infrarode straling erg goed, daardoor is het effect van een pak sneeuw op de temperatuur zo groot.

De nieuwswaarde is denk ik vooral dat er nu een praktisch bruikbaar materiaal is.

[BeosBeing]

De nieuwswaarde is denk ik vooral dat er nu een praktisch bruikbaar materiaal is.

En dat men hiermee de warmte uitstraalt naar één kant (boven) in plaats van rondom, dus naar boven en beneden. Dat scheelt voor het gebouw er onder dus ook al 40-50%.

[.oisyn]

Dat zie je inderdaad verkeerd. Sowieso is "koelen" niets meer dan het wegnemen van warmte. Dit materiaal straalt de warmte van het gebouw uit (daardoor koelt het gebouw dus af), en daarnaast reflecteert het ook nog eens het binnenkomende zonlicht.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 23 juli 2024 22:55]

[B64]

Even een quote van de Stanford site:

The trick, from an engineering standpoint, is two-fold. First, the reflector has to reflect as much of the sunlight as possible. Poor reflectors absorb too much sunlight, heating up in the process and defeating the purpose of cooling.

The second challenge is that the structure must efficiently radiate heat back into space. Thus, the structure must emit thermal radiation very efficiently within a specific wavelength range in which the atmosphere is nearly transparent. Outside this range, Earth’s atmosphere simply reflects the light back down. Most people are familiar with this phenomenon. It’s better known as the greenhouse effect—the cause of global climate change.

Het is dus niet zozeer dat er meer licht en (dus) warmte weerkaatst wordt, maar hoe dat gebeurt.

[Universal Creations]

Wat een vinding! Dit is echt een fantastische vooruitgang in de besparing van energiekosten (in geld, maar ook verspilling van energie).

[South_Styler]

Ja, ik ben het met je eens. Dit is echt een goede vinding, maar het is jammer dat de energie die weg gekaatst wordt niet ergens opgevangen kan worden en omgezet kan worden in stroom. Dan zou je niet alleen minder hoeven stoken, maar ook minder energie aan het lichtnet hoeven te onttrekken.

[Themperror]

wat ie dus doet is versneld warmte verplaatsen.. Enige optie om dit als processor koeling te gebruiken?

[ATS]

Nee. 100W/m² aan afvoer is lang niet genoeg voor een CPU, en een CPU leg je niet in de volle zon.

[HDoc]

Je kan ook zonnepanelen plaatsen, dan levert het zelfs energie op.

Vorige week in Californië geweest en wat mij opviel was het vrijwel volledige gebrek aan zonnepanelen! Mijn moeder zet ze binnenkort al op haar dak, in Duitsland wordt al 25% van de elektriciteit alternatief opgewekt maar in het "vooruitstrevende" Californië, ho maar. Terwijl de zon daar prima gelegenheid voor elektriciteitsopwekking geeft.

[Anoniem: 415735]

Je kan ook zonnepanelen plaatsen, dan levert het zelfs energie op.

In Californië wordt veel energie gebruikt voor airconditioning. Stanford (link) ziet daar juist de toepassing, zie onderstaand:

... To put it a different way, a typical one-story, single-family house with just 10 percent of its roof covered by radiative cooling panels could offset 35 percent its entire air conditioning needs during the hottest hours of the summer. ...

Dus waarom niet en-en?

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 415735 op 23 juli 2024 22:55]

[Anoniem: 499546]

Zo hey, dat is best een revolutionaire uitvinding.
Misschien dat dit ook een uitkomst kan bieden voor datacentra? Dat zou helemaal mooi zijn natuurlijk!

[TERW_DAN]

Dat klinkt veelbelovend. Nu hopen dat het betaalbaar is, dan wordt het misschien toegepast. Hoewel het op langere termijn natuurlijk veel geld kan besparen lijkt het me dat als het erg veel geld kost, niet veel mensen/bedrijven die investering zullen maken.

[Uien Cornflakes]

Lijkt me ideaal voor die wolkenkrabbers in Dubai. Die schijnen nu veel energie te verbruiken om koel te blijven.

[QQ2]

Geweldig idee dit, ideaal voor datacenters & flats. Maar is dit mogelijk ook een oplossing voor het broeikas effect in het algemeen dan? Je ziet nu dat steden gemiddeld veel warmer zijn dan landelijke gebieden. Dat komt natuurlijk doordat bedrijvige gebouwen warmte afgeven maar ook omdat deze gebouwen een groter gedeelte van de warmte de atmosfeer terug in reflecteren. (bladgroen zet immers een gedeelte van het zonlicht om in energie voor de plant, gebouwen doen dit niet)

Door de warmte die gebouwen normaal opzouden vangen naar de ruimte te dissiperen komt deze helemaal niet in de athmosfeer terrecht en dus kan deze niet bijdragen aan de opwarming van de aarde. (geen idee of de verhoudingen dusdanig zouden zijn dat een gebouw netto koelt of dat het simpelweg minder slecht is maar het is iig iets)