Passiv utstrålande kylning kan styras elektriskt

2023-02-03 Slussen Building Services

https://slussen.azureedge.net/image/353/kyla_1.png
Foto: Thor Balkhed

Ett energieffektivt sätt att kyla byggnader och fordon kommer att krävas i ett förändrat klimat. Forskare vid Linköpings universitet visar nu att elektrisk styrning av passiv utstrålande kylning kan användas för att reglera temperaturen hos ett material vid normala temperaturer och lufttryck. Resultaten är publicerade i Cell Reports Physical Science.

– För att kyla till exempel byggnader används idag främst traditionell luftkonditionering som kräver både stora mängder energi och använder miljöfarliga kylmedier. Men med hjälp av passiv utstrålande kylning skulle rymdens kyla kunna användas för att komplettera vanlig AC och minska energiförbrukningen, säger Magnus Jonsson, professor och ledare för gruppen för Organisk Fotonik och Nanooptik vid Linköpings universitet.

Passiv utstrålande kylning, eller ”passive radiative cooling” på engelska, innebär att energi lämnar ett objekt i form av infraröd värmestrålning. Alla objekt avger infraröd värme – träd, byggnader, vatten och även vi människor.

Olika typer av material avger olika mängd infraröd värme. Det beror på materialets förmåga att ta upp infraröd värmestrålning – ju bättre det är på att ta upp infraröd värme desto bättre är materialet också på att avge värmen. Som vanligt vitt skrivpapper, det är bra på att ta upp infraröd värme och därmed avge densamma. Däremot är metaller i stället ganska dåliga då den mesta av värmen reflekteras.

Tack vare atmosfärens förmåga att släppa igenom ljus i just det infraröda våglängdsområdet kan man använda rymdens kyla, cirka –270 grader Celsius, för att avlägsna värmen från jorden. I och med temperaturskillnaden kan det bli det en nettotransport ut. Ett objekt kan därför få lägre temperatur än omgivningen endast med hjälp av passiv utstrålande kylning.

Den här effekten har använts långt tillbaka i historien för att till exempel tillverka is i varmare klimat. Men på senare år har materialforskningen intresserat sig alltmer för fenomenet och utvecklat nya material som har en hög förmåga att avge infraröd värme och samtidigt inte värmas upp av solens strålar.

Nu har forskare vid Linköpings universitet visat att temperaturen hos ett material kan regleras genom att elektriskt styra till vilken grad det avger värme genom passiv utstrålande kylning. Konceptet använder en ledande polymer för att elektrokemiskt styra emissiviteten hos materialet. Resultaten är publicerade i tidskriften Cell Reports Physical Science.

– Man kan jämföra det med en termostat. I dagsläget lyckas vi justera temperaturen med 0,25 grader Celsius. Det kanske inte låter som mycket men poängen är att vi lyckats visa att det går att göra den här styrningen vid rumstemperatur och normalt tryck, säger Debashree Banerjee, förste forskningsingenjör vid Linköpings universitet och huvudförfattare av studien.

Forskarna menar att nu när de visat att det går att göra finns potential att utveckla både material och metod vidare. På sikt kan man tänka sig material som kan läggas på ett tak, ungefär som en solcell, och på så vis styra den infraröda värmestrålningen från huset och kyla när det behövs. Metoden kräver extremt lite energiförbrukning och orsakar minimalt med föroreningar. På ännu längre sikt kan tillämpningsområden också inkludera kläder och tapeter för att även inomhus reglera temperaturer och hur omgivningens temperatur upplevs.

Samma forskargrupp har i en annan studie publicerad i Advanced Science utvecklat ett termoelektriskt system som utnyttjar samma princip. Där används temperaturskillnaden mellan två cellulosamaterial där det ena är infärgat med svart kol och därmed också tar upp solens värme. Materialen är sammankopplade med ett material som omvandlar temperaturskillnaden till en elektrisk potential. När apparaten exponeras mot himlen skapas en elektrisk spänning på 60mV vid måttlig solstrålning, men konceptet fungerar även på natten tack vare att de båda träbaserade materialen designats för att ha olika förmåga att utstråla värme.

– Vi använder inte bara solen utan även rymden som energikälla, säger Mingna Liao som är doktorand i gruppen och huvudförfattare till artikeln in Advanced Science.

För att kunna utföra kontrollerade mätningar, för båda studierna, byggde forskarna en himmelssimulator. På så sätt påverkades mätningarna inte av förändringar i omgivningen på samma sätt som utomhus. Himmelssimulatorn består av ett rör med aluminiumbeklädda sidor som reflekterar strålningen. I botten placeras ett kärl med ett material som absorberar värmestrålningen och som är nedkylt med flytande kväve för att simulera yttre rymdens kyla.

Forskningen har finansierats av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Wallenberg Wood Science Center, Totalförsvarets forskningsinstitut – FOI, Vetenskapsrådet samt det strategiska forskningsområdet för avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet.

Källa: Linköpings universitet


 Dela     Tillbaka  

Fjärrvärmepriserna fortsätter öka

2024-09-18

Efter förra årets rekordhöjningar av fjärrvärmeavgifterna visar Nils Holgerssongruppens kartläggning att de kraftiga höjningarna fortsätter, nu med i snitt drygt 15 procent över hela Sverige.


Värme Utbildning & FoU

Nya krav på rapportering för datacenter

2024-09-16

Det nya direktivet för energieffektivitet innehåller krav på att ägare och operatörer av datacenter ska offentliggöra information om datacentrens energiprestanda och hållbarhet. En promemoria med lagförslag är nu ute på remiss.


Allmän Energieffektivisering Utbildning & FoU

Exponering för partiklar kan öka risken för njursvikt

2024-09-16

Exponering för damm och partiklar på arbetet kan öka risken för kronisk njursvikt. Det visar en studie vid Göteborgs universitet. Bland svenska byggarbetare, som följts sedan 1970-talet, var risken 15 procent högre om de exponerats.


Allmän Brand & säkerhet Utbildning & FoU

ExpoVärmeKyla till Västsverige

2024-09-11

ExpoVärmeKyla laddar för besök i Västsverige 24-26 september med stopp i Halmstad, Göteborg och Borås. Utöver utställning bjuds det på en matnyttig morgonföreläsning.


Värme Kyla

70 nya möjligheter för fjärrvärme

2024-09-11

Energiforsk har publicerat rapporten 70 nya möjligheter för fjärrvärme.


Värme Utbildning & FoU

Solcellsparker hotar matförsörjningen

2024-09-11

Det ökande intresset att bygga solcellsparker på jordbruksmark riskerar att leda till matbrist i kristider, rapporterar sverigesradio.se.


El Solvärme & solenergi

Klimatomställningen påverkar utbudet av YH-utbildningar

2024-09-10

Ungefär hälften av yrkeshögskolans utbildningar bedöms bidra till klimatomställningen. Det framgår av en ny rapport från Myndigheten för yrkeshögskolan.


Allmän Utbildning & FoU Arbetsmarknad

Förslag att utveckla energi- och klimatrådgivningen

2024-09-10

Energimyndigheten har fått i uppdrag av regeringen att med tre omarbetade EU-direktiv som utgångspunkt se över den kommunala energi- och klimatrådgivningen.


Allmän Energieffektivisering Utbildning & FoU Arbetsmarknad Hållbarhet (social, ekonomisk och ekologisk)

Lovande resultat när CCS testats i Malmö

2024-09-10

För första gången har koldioxidinfångning (CCS) testats i stor skala på rökgaser från avfallsförbränning, och resultaten är både lovande och lärorika.


Värme El Utbildning & FoU Hållbarhet (social, ekonomisk och ekologisk)

Satsningar på elektrifiering och grön omställning

2024-09-09

Regeringen har presenterat vilka kommande satsningar och prioriteringar som görs på energiområdet.


El Utbildning & FoU