Gli ingegneri dell'Università del Colorado Boulder e dell'Università del Wyoming hanno potenziato con successo un innovativo sistema di raffreddamento ad acqua in grado di fornire un raffreddamento radiativo continuo giorno e notte per le strutture. L'anticipo potrebbe aumentare l'efficienza degli impianti di produzione di energia in estate e portare a una maggiore efficienza, controllo ecologico della temperatura per le case, imprese, servizi pubblici e industrie.

La nuova ricerca dimostra come il metamateriale di raffreddamento radiativo organico-inorganico ibrido a basso costo, che ha debuttato nel 2017, può essere ridimensionato in un array di circa 140 piedi quadrati, abbastanza piccolo da adattarsi alla maggior parte dei tetti, e agire come una sorta di condizionatore d'aria naturale con quasi nessun consumo di elettricità.

"Potresti posizionare questi pannelli sul tetto di una casa unifamiliare e soddisfare le sue esigenze di raffreddamento, " ha detto Dongliang Zhao, autore principale dello studio e ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica della CU Boulder.

I risultati sono descritti oggi sulla rivista Joule e sfruttare i principi di raffreddamento radiativo naturale.

"Poiché la temperatura della Terra si riscalda a causa del calore assorbito dalla luce solare durante il giorno, emette continuamente luce infrarossa nell'universo freddo per tutto il tempo, " ha detto il professor Ronggui Yang di Ingegneria Meccanica e autore principale dello studio. "Durante la notte, La Terra si raffredda a causa dell'emissione senza la luce del sole."

Il materiale simile a una pellicola dei ricercatori riflette quasi tutta la luce solare in arrivo, pur consentendo al calore immagazzinato di un oggetto di fuoriuscire il più possibile, mantenendolo più fresco dell'aria ambiente anche sotto il sole di mezzogiorno.

"Il materiale, che ora possiamo produrre a basso costo utilizzando le attuali tecniche di produzione roll-to-roll, offre vantaggi significativi." ha affermato il Professore Associato Xiaobo Yin di Ingegneria Meccanica e del Programma di Scienza e Ingegneria dei Materiali di CU Boulder.

"Ora possiamo applicare questi materiali sui tetti degli edifici, e persino costruire sistemi di raffreddamento ad acqua su larga scala come questo con vantaggi significativi rispetto ai sistemi di condizionamento dell'aria convenzionali, che richiedono elevate quantità di elettricità per funzionare, ", ha affermato il Professore Associato Gang Tan del Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettonica dell'Università del Wyoming.

I ricercatori hanno testato il loro sistema all'aperto in una varietà di condizioni meteorologiche, compreso il vento, precipitazioni e umidità. In esperimenti condotti in agosto e settembre 2017, il loro modulo RadiCold proprietario ha mantenuto un contenitore d'acqua coperto dal metamateriale 20 gradi Fahrenheit più fresco dell'aria ambiente tra le 12:30 p.m. e 15:00, il sole estivo più intenso della giornata.

I ricercatori hanno anche introdotto un elemento di pianificazione dinamica nella loro tecnologia, anticipando che strutture come gli uffici potrebbero avere una domanda di raffreddamento limitata o assente durante la notte. In un sistema integrato nell'edificio, però, si potrebbe aggiungere un'unità di celle frigorifere per catturare il freddo attraverso il fluido termovettore come l'acqua in questo sistema e consentirne il recupero durante il giorno successivo per ridurre lo sforzo di raffreddamento durante i periodi di picco della domanda.

"Abbiamo costruito un modulo che funziona nel mondo reale, situazioni pratiche, " ha detto Yang. "Siamo passati abbastanza lontano e velocemente da un livello di materiali a un livello di sistema".

Il modulo RadiCold potrebbe diventare una valida soluzione per il raffrescamento supplementare di case unifamiliari, imprese, centrali elettriche, servizi comunali e strutture di data center tra le altre potenziali applicazioni, ha detto Yang.