Les scientifiques de l'Université de Stanford ont conçu une toute nouvelle forme de structure de refroidissement qui se refroidit lorsque le soleil brille en reflétant la lumière du soleil et en émettant un rayonnement thermique dans la gamme de longueurs d'onde cruciale nécessaire pour échapper à l'atmosphère de la Terre.
Maisons et bâtiments refroidis sans climatise. Les intérieurs de voitures qui ne chauffent pas au soleil d'été. Appuyant sur les étendues glaciales de l'espace pour refroidir la planète. Science-fiction, dites-vous? Eh bien, peut-être plus.
Une équipe de chercheurs de Stanford a conçu une toute nouvelle forme de structure de refroidissement qui se refroidit même lorsque le soleil brille. Une telle structure pourrait considérablement améliorer le refroidissement de la lumière du jour des bâtiments, des voitures et d'autres structures en reflétant la lumière du soleil dans le vide froid de l'espace. Leur article décrivant l'appareil a été publié le 5 mars dans la revueNano lettres.
«Les gens voient généralement l'espace comme une source de chaleur du soleil, mais loin de l'espace du soleil est vraiment un endroit froid et froid», a expliqué Shanhui Fan, professeur de génie électrique et auteur principal du journal. «Nous avons développé un nouveau type de structure qui reflète la grande majorité de la lumière du soleil, tandis que, en même temps, il envoie de la chaleur dans cette froideur, qui refroidit les structures artificielles même pendant la journée.»
L'astuce, du point de vue de l'ingénierie, est double. Premièrement, le réflecteur doit refléter autant de soleil que possible. Les réflecteurs pauvres absorbent trop de soleil, se réchauffant dans le processus et battant l'objectif de refroidissement.
Le deuxième défi est que la structure doit ramener efficacement la chaleur (à partir d'un bâtiment, par exemple) dans l'espace. Ainsi, la structure doit émettre un rayonnement thermique très efficacement dans une plage de longueur d'onde spécifique dans laquelle l'atmosphère est presque transparente. En dehors de cette plage, le rayonnement thermique interagit avec l'atmosphère terrestre. La plupart des gens connaissent ce phénomène. Il est mieux connu comme l'effet de serre - la cause du changement climatique mondial.
Deux buts en un
La nouvelle structure atteint les deux objectifs. Il s'agit d'un miroir à large bande efficace pour la lumière solaire - il reflète la majeure partie du soleil. Il émet également un rayonnement thermique très efficacement dans la plage de longueurs d'onde cruciale nécessaire pour échapper à l'atmosphère de la Terre.
Le refroidissement radiatif la nuit a été largement étudié en tant que stratégie d'atténuation pour le changement climatique, mais une demande de refroidissement maximale se produit pendant la journée.
"Personne n'avait encore été en mesure de surmonter les défis du refroidissement radiatif de jour - de refroidir lorsque le soleil brille", a déclaré Eden Repaeli, candidat au doctorat dans le laboratoire de Fan et co-auteur du journal. «C'est un grand obstacle.»
L'équipe de Stanford a réussi où d'autres ont échoué en se tournant vers des matériaux photoniques nanostructurés. Ces matériaux peuvent être conçus pour améliorer ou supprimer la réflexion de la lumière dans certaines longueurs d'onde.
"Nous avons adopté une approche très différente par rapport aux efforts précédents dans ce domaine", a déclaré Aaswath Raman, candidat au doctorat dans Fan's Lab et co-auteur du journal. «Nous combinons l'émetteur thermique et le réflecteur solaire en un seul appareil, ce qui en fait à la fois des performances plus élevées et beaucoup plus robustes et pratiquement pertinentes. En particulier, nous sommes très excités parce que cette conception rend les applications à l'échelle industrielle et hors réseau viables.»
En utilisant des matériaux nanophotoniques d'ingénierie, l'équipe a été capable de supprimer fortement la quantité de soleil induisant la chaleur que le panneau absorbe, tandis qu'il rayonne très efficacement la chaleur dans la gamme de fréquences clés nécessaires pour échapper à l'atmosphère de la Terre. Le matériau est en quartz et en carbure de silicium, tous deux absorbants très faibles de la lumière du soleil.
Puissance de refroidissement net
Le nouvel appareil est capable d'obtenir une puissance de refroidissement nette supérieure à 100 watts par mètre carré. En comparaison, les panneaux solaires standard à 10% standard génèrent à peu près la même quantité de puissance. Cela signifie que les panneaux de refroidissement radiatifs du ventilateur pourraient théoriquement être substitués sur les toits où les panneaux solaires existants alimentent l'électricité aux systèmes de climatisation nécessaire pour refroidir le bâtiment.
Pour dire les choses différentes, une maison typique d'un étage unifamilial avec seulement 10% de son toit recouvert de panneaux de refroidissement radiatif pourrait compenser 35% de ses besoins de climatisation pendant les heures les plus chaudes de l'été.
Le refroidissement radiatif a un autre avantage profond par rapport aux autres équipements de refroidissement, tels que les climatiseurs. C'est une technologie passive. Cela ne nécessite aucune énergie. Il n'a pas de pièces mobiles. C'est facile à entretenir. Vous le mettez sur le toit ou sur les côtés des bâtiments et il commence à fonctionner immédiatement.
Une vision changeante du refroidissement
Au-delà des implications commerciales, Fan et ses collaborateurs prévoient un large impact social potentiel. Une grande partie de la population humaine sur Terre vit dans des régions bordées de soleil se blottissait autour de l'équateur. La demande électrique pour conduire les climatiseurs monte en flèche dans ces endroits, présentant un défi économique et environnemental. Ces zones ont tendance à être médiocres et la puissance nécessaire pour conduire le refroidissement signifie généralement les centrales à combustible fossile qui aggravent le problème des gaz à effet de serre.
"En plus de ces régions, nous pouvons prévoir des applications pour le refroidissement radiatif dans les zones hors réseau du monde en développement où la climatisation n'est même pas possible pour le moment. Il y a un grand nombre de personnes qui pourraient bénéficier de ces systèmes", a déclaré Fan.
Référence: «Structures photoniques à bande ultrabroque pour obtenir un refroidissement radiatif de diurne haute performance» par Eden Rephaeli, Aaswath Raman et Shanhui Fan, 5 mars 2013,Nano lettres.
Doi: 10.1021 / nl4004283
Ne manquez jamais une percée:
Partager.
