دون كهرباء.. نظام إشعاعي جديد لتبريد الحرارة وتسخين المياه

طوّر باحثون في جامعة بوفالو الأمريكية نموذجًا مبدئيًا لنظام إشعاعي يعمل على تبريد المباني بشكل كبير دون استخدام الكهرباء، والتقاط الطاقة الشمسية لتسخين المياه.

وأكد الباحثون أن هذا الجهاز الهجين يُمكن أن يساعد في تقليل التكاليف والعبء البيئي للتبريد، الذي لا يزال أحد أكبر مصادر استنزاف الكهرباء، حسبما ذكر موقع نيو أطلس المعني بشؤون التكنولوجيا والعلوم.

ورغم ذلك، سيُسَلَّط الضوء في الوقت الحالي على توسيع نطاق الجهاز إلى حجم السطح، حيث يقيس نموذج الاختبار 70 سم مربعًا فقط.

طريقة عمل جهاز التبريد

تستخدم أنظمة التبريد الإشعاعي ألواحًا مصنوعة من مواد يمكنها امتصاص الحرارة وإصدارها.

وتتمثّل الطريقة المنطقية لتوجيه ألواح الباعث الحراري في أن يكون لها وجه واحد تجاه الفضاء، مثل الألواح الشمسية.

لكن، وجد الفريق في الدراسة الجديدة أن الطريقة ليست الأكثر فاعلية، حيث تصدر الألواح الحرارة من كلا الجانبين ما يجعل جزءًا من الحرارة يعود مرة أخرى باتجاه الأرض.

لذلك، وضع الباحثون الباعث الحراري عموديًا بين مرآتين على شكل حرف V، حيث تعكس المرايا موجات الأشعة تحت الحمراء إلى الفضاء.

وصُمِّمَت المرايا المثبتة في الجهاز لتكون انتقائية في كيفية التعامل مع الأطوال الموجية المختلفة، حيث صُنِعَت من 10 طبقات رقيقة من الفضة وثاني أكسيد السيليكون.

فهي تعكس موجات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة من الباعث الحراري، بينما تمتص الموجات المرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة من ضوء الشمس، هذا يمنع دفء الشمس من إلغاء تأثير التبريد وتحسين الفاعلية.

تسخين المياه

يمكن استخدام الحرارة التي تمتصّها المرايا بشكل جيد، فقد استخدمها الفريق في هذا الاختبار لتسخين المياه إلى 60 درجة مئوية (140 درجة فهرنهايت).

وأظهر الفريق خلال التجارب أن الجهاز كان قادرًا على خفض درجة الحرارة داخل وحدة اختبار بأكثر من 12 درجة مئوية (22 درجة فهرنهايت) تحت أشعة الشمس مباشرةً، وبأكثر من 14 درجة مئوية (25 درجة فهرنهايت) في محاكاة ليلية.

انخفاض مضاعف للحرارة

قال الكاتب الرئيسي للدراسة، كياوكيانغ غان: "نظرًا لأن الانبعاث الحراري من كلا السطحين للباعث الحراري المركزي ينعكس إلى الفضاء، فإن كثافة طاقة التبريد المحلّية على هذا الباعث تتضاعف، ما يؤدّي إلى انخفاض قياسي في درجة الحرارة".

وأضاف غان: "معظم أنظمة التبريد الإشعاعي تنثر الطاقة الشمسية، ما يحدّ من قدرات تبريد النظام، حتى مع الاختيار الطيفي المثالي، فإن الحدّ الأعلى لقدرة التبريد مع درجة حرارة محيطة تُقدَّر بـ25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت) هو نحو 160 واط لكلّ متر مربع. وفي المقابل، أُهدِرَت الطاقة الشمسية التي تبلغ نحو 1000 واط لكل متر مربع فوق هذه الأنظمة".

اقرأ أيضًا..

• التبريد والتدفئة عبر الطاقة المتجدّدة.. حلّ سحري لتحقيق أهداف المناخ
• مشروع سعودي للاستفادة من الطاقة الشمسية في العمليات الصناعية