Sähköisesti ohjattua passiivista säteilyjäähdytystä

Rakennusten ja ajoneuvojen jäähdyttämiseen tarvitaan muuttuvassa ilmastossa yhä energiatehokkaampia tapoja.

”Passiivisen säteilyjäähdytyksen avulla ulkoavaruuden kylmää voitaisiin käyttää täydentämään nykylaitteita ja vähentämään energiankulutusta", sanoo Linköpingin yliopiston professori Magnus Jonsson.

Ilmakehän kykyä välittää valoa infrapuna-aallonpituusalueella ulkoavaruuden noin –270 celsiusasteen lämpötilaan, voidaan käyttää lämmön poistamiseen maan päällä olevista esineistä. Esine voi siten saada ympäristön lämpötilaa alhaisemman lämpötilan passiivisen säteilyjäähdytyksen avulla.

Erityyppiset materiaalit emittoivat eri määriä infrapunalämpöä. Tämä riippuu materiaalin kyvystä absorboida infrapunasäteilyä – mitä paremmin se absorboi infrapunalämpöä, sitä paremmin se myös emittoi lämpöä. Esimerkiksi tavallinen valkoinen kirjoituspaperi on hyvä absorboimaan infrapunalämpöä ja siten emittoimaan sitä. Sitä vastoin metallit ovat melko huonoja, koska suurin osa lämmöstä vain heijastuu.

Viime vuosina tutkijat ovat kehittäneet uusia materiaaleja, joilla on suuri kapasiteetti emittoida infrapunalämpöä ilman, että auringonsäteet lämmittävät niitä.

Linköpingin tutkijat ovat nyt osoittaneet, että materiaalirakenteen lämpötilaa voidaan säädellä sähköisesti. Näin voidaan ohjata sitä missä määrin laite voi siirtää lämpöä passiivisella säteilyjäähdytyksellä taivaalle. Konseptissa käytetään johtavaa polymeeriä laitteen emissiivisyyden sähkökemialliseen virittämiseen.

"Voit verrata sitä termostaattiin. Tällä hetkellä voimme säätää lämpötilaa 0,25 celsiusastetta. Se ei ehkä kuulosta paljolta, mutta pointti on, että olemme osoittaneet, että tämä viritys on mahdollista suorittaa huoneenlämmössä ja normaalipaineessa", sanoo tutkimuksen päätekijä Debashree Banerjee.

Tutkijat uskovat osoittaneensa, että pitkällä tähtäimellä on mahdollista suunnitella järjestelmiä, jotka voidaan asentaa katolle, aivan kuten aurinkokenno, ohjaten siten talon infrapunalämpösäteilyä ja jäähdytystä tarvittaessa. Menetelmä vaatii erittäin vähän energiankulutusta ja saastuttaa vain vähän.

Tutkimusryhmä on kehittänyt myös lämpösähköisen laitteen, joka toimii samalla säteilyjäähdytyksen periaatteella, jota täydentää auringon lämpö. Se perustuu lämpötilaeron tuottamiseen kahden selluloosamateriaalin välille.

Materiaalit muuttavat lämpötilaeron sähköpotentiaaliksi. Laitteen altistaminen taivaalle aiheutti 60 mV sähköjännitteen jo kohtalaisella auringonsäteilyllä, mutta konsepti toimii jopa yöllä, koska kahdella puupohjaisella materiaalilla on erilainen kyky säteillä lämpöä.

"Käytämme aurinkoa, mutta myös ulkoavaruutta energialähteenä", sanoo ryhmän tohtoriopiskelija Mingna Liao.

Aiheesta aiemmin:

Valon ja varjon leikki energialähteenä