طريقة جديدة لتوفير التبريد بدون كهرباء: جهاز تم تطويرها في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يمكن أن توفر التبريد لمواقع خارج الشبكة

وقد ابتكر الباحثون MIT طريقة جديدة لتوفير التبريد في يوم مشمس حار, باستخدام مواد غير مكلفة ولا تحتاج لتوليد الطاقة الوقود الأحفوري. النظام السلبي, والتي يمكن استخدامها لتكملة أنظمة التبريد الأخرى للحفاظ على المواد الغذائية والأدوية في الحارة, مواقع خارج الشبكة, هو في الأساس نسخة عالية التقنية من المظلة.

نسختين من الجهاز الذي صممه باحثون MIT, باستخدام شريط من المعدن لمنع أشعة الشمس المباشرة, بنيت واختبرت على سطح مبنى MIT للتأكد من أنها يمكن أن توفر التبريد أقل بكثير من درجة حرارة الهواء المحيط. تصوير بيكرام باتيا

ويتيح هذا النظام انبعاث الحرارة في منتصف نطاق الأشعة تحت الحمراء الضوء التي يمكن أن تمر مباشرة من خلال الغلاف الجوي وتشع في البرد من الفضاء الخارجي, اللكم الحق من خلال الغازات التي تعمل مثل الاحتباس الحراري. لمنع التدفئة في أشعة الشمس المباشرة, شريط صغير من المعدن علقت فوق كتل جهاز أشعة الشمس المباشرة.

يوصف النظام الجديد هذا الاسبوع في مجلة طبيعة الاتصالات تم وصف النظام الجديد هذا الأسبوع في المجلة, طالب دراسات عليا Arny لوروا, أستاذ الهندسة الميكانيكية ورئيس قسم إيفلين وانغ, أستاذ الفيزياء مارين سولياسيتش, وستة آخرين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

نظريا, النظام الذي صمم يمكن توفير التبريد من قدر 20 درجة مئوية (36 درجة فهرنهايت) تحت درجة حرارة الغرفة في مكان مثل بوسطن, ويقول الباحثون. بعيد جدا, في الأولي اختبار إثبات صحة مفهوم, حققوه تبريد 6 C (حول 11 F). للتطبيقات التي تتطلب المزيد من التبريد, ويمكن تحقيق ما تبقى من أنظمة التبريد التقليدية أو التبريد الحرارية.

وقد حاولت مجموعات أخرى لتصميم أنظمة التبريد السلبي التي تشع الحرارة في شكل موجات منتصف الأشعة تحت الحمراء الضوء, ولكن وقد وضعت هذه الأنظمة على الأجهزة الضوئية معقدة هندسيا يمكن أن تكون مكلفة لجعل وغير متوفرة بسهولة للاستخدام على نطاق واسع, ويقول الباحثون. أجهزة معقدة لأنها مصممة لتعكس جميع الأطوال الموجية للضوء الشمس تماما تقريبا, وفقط لتصدر إشعاعات في منتصف نطاق الأشعة تحت الحمراء, بالنسبة للجزء الاكبر. أن الجمع بين انعكاسية انتقائي والابتعاثية يتطلب المواد متعدد الطبقات حيث يتم التحكم في سمك طبقات لنانومتر الدقة.

ولكن تبين أن الانتقائية مماثلة يمكن أن يتحقق ببساطة عن طريق منع أشعة الشمس المباشرة مع شريط ضيق وضعها فقط في الزاوية اليمنى لتغطية مسار الشمس عبر السماء, لا تتطلب تتبع نشط من قبل الجهاز. ثم, جهاز بسيط بنيت من مزيج من فيلم من البلاستيك غير مكلفة, الألومنيوم المصقول, طلاء ابيض, والعزل يمكن أن تسمح لانبعاث اللازم من الحرارة من خلال الأشعة تحت الحمراء منتصف, وهو كيف بارد معظم الكائنات الطبيعية قبالة, في حين منع الجهاز من تسخينها بواسطة أشعة الشمس المباشرة. في الواقع, وقد استخدمت الإشعاعي بسيط أنظمة التبريد منذ العصور القديمة لتحقيق التبريد ليلا; كانت المشكلة أن هذه الأنظمة لم تنجح في النهار لأن تأثير التسخين من أشعة الشمس وكان ما لا يقل عن 10 مرة أقوى من الحد الأقصى للتأثير التبريد للتحقيق.

لكن أشعة تسخين الشمس تنتقل في خطوط مستقيمة، ومنعت بسهولة - كما لدينا خبرة, فمثلا, من يخطو إلى ظل شجرة في يوم حار. بواسطة التظليل الجهاز عن طريق وضع أساسا مظلة أكثر من ذلك, ويكمل أنه مع العزل في جميع أنحاء الجهاز لحمايته من درجة حرارة الهواء المحيط, قام الباحثون السلبي التبريد أكثر قابلية للاستمرار.

"بنينا الإعداد وفعلت تجارب في الهواء الطلق على السطح MIT,"يقول بهاتيا. "وكان ذلك باستخدام مواد بسيطة جدا"، وأظهر بوضوح فعالية نظام.

"انه نوع من مخادعة بسيطة,"يقول وانغ. "من خلال وجود الظل منفصل وباعث إلى الغلاف الجوي - اثنين من عناصر منفصلة يمكن أن تكون منخفضة التكلفة نسبيا - لا يتطلب نظام قدرة خاصة لتنبعث منها وامتصاص انتقائي. نحن نستخدم الانتقائية الزاوي للسماح حجب أشعة الشمس المباشرة, ونحن نواصل تنبعث منها موجات الحاملة للحرارة إلى السماء ".

هذا المشروع "مصدر إلهام لنا لإعادة التفكير حول استخدام" الظل,"ويقول Yichen شين, التابعة البحوث وشارك في تأليف ورقة. "في الماضي, الناس فقط تم التفكير في استخدامه للحد من التدفئة. لكن الآن, نعرف إذا تم استخدام الظل بذكاء مع بعض تصفية الخفيفة داعمة, فإنه يمكن استخدامها فعليا لتهدئة الكائن أسفل," هو يقول.

أحد العوامل المحددة لهذا النظام هو الرطوبة في الغلاف الجوي, ويقول لوروا, التي يمكن أن تمنع بعض من انبعاث الأشعة تحت الحمراء عن طريق الهواء. في مكان مثل بوسطن, على مقربة من المحيط ورطب نسبيا, هذا يحد من المبلغ الإجمالي للتبريد التي يمكن تحقيقها, الاقتصار على نحو 20 درجة مئوية. ولكن في بيئات أكثر جفافا, مثل جنوب غرب الامريكى. أو العديد من البيئات الصحراوية القاحلة أو في جميع أنحاء العالم, الحد الأقصى للتبريد يمكن تحقيقه في الواقع يمكن أن يكون أكبر بكثير, انه يشيرإلى, يحتمل أن تكون بقدر 40 C (72 F).

في حين أن معظم الأبحاث على التبريد الإشعاعي ركزت على أنظمة الكبيرة التي يمكن تطبيقها لتبريد الغرف أو المباني بأكملها, هذا النهج هو أكثر محلية, يقول وانغ: "وهذا من شأنه أن يكون مفيدا للتطبيقات التبريد, مثل تخزين المواد الغذائية أو اللقاحات ". والواقع, حماية لقاحات وأدوية أخرى من التلف في الحارة, وكانت الظروف الاستوائية تحديا مستمرا كبير أن هذه التكنولوجيا يمكن أن تكون في وضع جيد للتصدي ل.

حتى لو كان النظام لا يكفي لاسقاط درجة الحرارة على طول الطريق إلى المستويات المطلوبة, "انه يمكن على الأقل تقليل الأحمال" على أنظمة التبريد الكهربائية, لتوفير مجرد بت النهائي للتبريد, يقول وانغ.

قد يكون أيضا نظام مفيد لبعض أنواع النظم الكهربائية الضوئية المركزة, حيث تستخدم المرايا لتركيز أشعة الشمس على الخلايا الشمسية لزيادة كفاءتها. ولكن مثل هذه النظم يمكن اسخن بسهولة وعموما تتطلب إدارة حرارية نشطة مع السوائل ومضخات. في حين أن, مساعدات من هذه النظم التركيز يمكن تركيبها مع السطوح الصادرة من منتصف الأشعة تحت الحمراء المستخدمة في نظام التبريد السلبي, ويمكن التحكم في التدفئة دون أي تدخل نشط.

لأنها لا تزال تعمل على تحسين نظام, التحدي الأكبر هو إيجاد سبل لتحسين العزل من الجهاز, لمنعه من تسخين الكثير من الهواء المحيط, في حين لا تمنع قدرتها على تشع الحرارة. "إن التحدي الرئيسي هو العثور على مواد العازلة التي من شأنها أن تكون الأشعة تحت الحمراء شفافة,"ويقول لوروا.

وقد طبقت الفريق للحصول على براءات اختراع على ونأمل أن تتمكن من البدء في إيجاد تطبيقات في العالم الحقيقي بسرعة كبيرة.

مصدر: news.mit.edu, ديفيد L. الشماع