تولید گرمایش و سرمایش بوسیله یک سیستم واحد بدون نیاز به برق

به گزارش ایسنا و به نقل از سای‌تک‌دیلی، اخیرا محققان در حال تلاش برای یافتن راه‌ حلی برای شارژ کردن یک سیستم خنک‌کننده‌ی غیرفعال به نام خنک‌کننده‌ی تابشی یا آسمانی هستند. آن‌ها می‌خواهند از نانوموادی که از نور خورشید جلوگیری می‌کند و گرما را از  پشت‌بام خانه‌ها بازتاب و دور می‌کند استفاه کنند. اگرچه پیشرفت‌هایی حاصل شده اما این فناوری سازگار با محیط زیست یک فناوری معمولی نیست زیرا  محققان باید تلاش کنند تا بتوانند قابلیت سرمایشی این نانومواد را به حداکثر برسانند. تحقیقات جدیدی که توسط مهندسان دانشگاه بوفالو انجام شده پیشرفت‌هایی در این زمینه نشان می‌دهد. بر طبق مقاله‌ای که در هشت فوریه ۲۰۲۱ در مجله‌ی "Cell Reports Physical Science" منتشر شد این سیستم خنک کننده با طراحی منحصر به فرد توانست در یک سیستم آزمایشی در محیط خارج از خانه زیر نور مستقیم خورشید دما را بیش از ۱۲ درجه سانتیگراد کاهش دهد و همچنین در آزمایشگاه که محیطی مشابه شب ایجاد کرده بودند دما را بیش از ۱۴ درجه سانتیگراد کاهش داد. در حالی که همزمان نیروی خورشیدی کافی برای گرم کردن آب تا ۶۰ درجه‌ی سانتیگراد جذب کرده بود. مهندسان می‌گویند: در حالی که سیستم آزمایش شده ۷۰ سانتی‌متر مربع بوده است اما می‌توان آن را برای استفاده در پشت‌بام خانه‌ها در مقیاس بزرگ‌تر ساخت. هدف این کار کاهش وابستگی جوامع به سوخت‌های فسیلی برای گرمایش و سرمایش است و همچنین می‌تواند به جوامعی که دسترسی محدودی به برق دارند نیز کمک کند. چاکینگ گان(Qiaoqiang Gan) نویسنده‌ی اصلی مقاله که دکترای مهندسی برق از دانشگاه مهندسی و علوم کاربردی بوفالو دارد می‌گوید: در زندگی روزمره ما نیاز زیادی به سیستم گرمایشی و سرمایشی است. مخصوصا سرمایشی از آنجا که زمین در حال گرم شدن است. طراحی سیستم و موادی که باعث موفقیت آن شدند این سیستم از دو آینه که از ۱۰ لایه فوق نازک از نقره و دی‌اکسید سیلیکون ساخته شده که در مقابل هم به صورت زاویه‌دار قرار گرفته‌اند. این آینه‌ها نورخورشید را جذب می‌کنند و انرژی مرئی خورشیدی و نزدیک به فروسرخ را به گرما تبدیل می‌کنند. این آینه‌ها همچنین امواج فروسرخ را توسط یک بازتاب کننده که در میان آن‌ها قرار گرفته منعکس می‌کنند و گرما را به آسمان برمی‌گردانند. گان می‌گوید: از آنجایی که از هر دو سطح بازتاب‌کننده‌ی مرکزی دما ساطع می‌شود بنابراین قدرت سرمایشی افزایش یافته و دما به میزان بیشتری کاهش می‌یابد. او افزود: بیشتر سیستم‌های سرمایش خورشیدی نور خورشید را پراکنده می‌کنند که باعث کاهش قابلیت خنک کنندگی سیستم می‌شود و حتی با انتخاب طیف مناسب بیشترین حد توان خنک‌کنندگی در دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد چیزی حدود ۱۶۰ وات در متر مربع است و انرژی خورشید که ۱۰۰۰ وات بر متر مربع است به سادگی هدر می‌رود. شرکت اسپین‌اف قصد دارد این فناوری را تجاری کند لیو ژو(Lyu Zhou) که دیگر نویسنده‌ی اصلی مقاله است و دانشجوی دکترا در رشته‌ی مهندسی برق در دانشگاه مهندسی و علوم کاربردی است می‌گوید: یکی از نوآوری‌های اصلی سیستم ما توانایی جداسازی و حفظ گرمایش خورشیدی و سرمایش تابشی در بخش‌های مختلف یک سیستم واحد است. در طول شب کار سیستم تابش سرمایشی آسان‌تر است زیرا نیروی خورشید وجود ندارد اما در طول روز به دلیل وجود نور خورشید این کار دشوارتر است و باید راهی برای جداسازی سیستم خنک کننده از گرم کننده‌ی خورشیدی پیدا کنیم.  این تحقیقات بر طبق تحقیقات قبلی آزمایشگاه گان انجام شد که در آن یک سیستم مخروطی شکل برای خنک کردن شهرهای شلوغ بدون نیاز به برق ساخته شد بود تا با تغییرات جوی نیز سازگار باشد. هائومین سانگ(Haomin Song) استادیار مهندسی برق دانشگاه مهندسی و علوم کاربردی و از نویسندگان مقاله می‌گوید: ساختار دوطرفه‌ی جدید این سیستم توانی برابر ۲۸۰ وات در متر مربع دارد و در شرایط جوی استاندارد در آزمایشگاه بیش از ۱۴ درجه کاهش دما و در محیط بیرون بیش از ۱۲ درجه کاهش دما مشاهده کردیم. گان می‌گوید: از همه مهم‌تر این‌که سیستم ما انرژی خورشید را هدر نمی‌دهد بلکه آن را به وسیله‌ی آینه‌ها جذب می‌کند و می‌تواند برای گرمایش خورشیدی استفاده شود و می‌تواند هر دو سیستم سرمایشی و گرمایشی را در یک سیستم واحد بدون نیاز به برق داشته باشد. این گروه به جستجو برای یافتن راه‌هایی برای بهبود سیستم ادامه خواهند داد تا بفهمند چگونه می‌توان نیروی خورشیدی لازم برای به جوش آوردن آب و آشامیدنی کردن آن جذب کرد.