空を使って温度を下げる受動冷却
Nature Energy
Passive cooling temperature reductions from the sky
水を受動的に冷却して周囲の大気温度より最大で5℃低くでき、商業建築物の冷房に必要な電力量を約20％削減できる可能性のあるシステムが、今週のNature Energyオンライン版に掲載された論文で報告されている。
空調は、建築物のエネルギー消費のかなりの割合を占めている。典型的な空調システムは、凝縮器を使って循環する空気を冷却するため、電力を消費し局所環境を暖める。空調システムのエネルギー使用量を減らす方法が見つかれば、コストや温室効果ガス排出量が削減され、局所的な微気候に対する建築物の影響が小さくなる可能性がある。
今回、E Goldstein、A Raman、S Fanは、排熱して冷却を行うのに空を使い、循環装置以外にエネルギーを必要としない代替システムを開発した。このシステムは、特別に設計され、放射冷却と呼ばれる機構を通して赤外光を大気や宇宙空間に直接放射するパネルを用いている。著者たちは、カリフォルニア州スタンフォードにおいて屋上に設置したこのパネルに流体（今回は水）をポンプで通し、放射冷却を利用して3～5℃冷却できることを見いだした。次に彼らは、典型的な空調システムに組み込んだ場合のこのパネルの挙動をモデル化した。その結果、ラスベガスの2階建ての商業建築物にある蒸気圧縮を用いた空調システムの凝縮器から熱を除去するのにこのパネルを使えば、典型的な年の5月から8月の冷房に必要な電力が21％削減されることが示された。商業的可能性を見極め、この技術を最適化するには、さらに試験を行う必要がある。
関連するNews & ViewsでG SmithとA Gentleは、「空にある2つのヒートシンクは、冷却効率を高めるのに非常に魅力的で、Goldsteinたちの実証結果を受けて、それが今回利用できるようになり始めた」と述べている。
A system capable of passively cooling water up to 5 °C below ambient air temperature, with the potential to reduce the amount of electricity required to cool commercial buildings by about 20%, is reported in a paper published online in Nature Energy this week.
Air conditioning accounts for a significant portion of building energy consumption. Typical systems use a condenser system to cool circulating air, which consumes electricity and heats the local environment. Finding ways to lower the energy usage of air-conditioning systems could save money, reduce greenhouse gas emissions, and reduce the impact of buildings on the local microclimate.
Eli Goldstein, Aaswath Raman and Shanhui Fan have developed an alternative system that uses the sky to accept heat and induce cooling without requiring energy beyond the circulation system. Their system uses a specially designed panel that emits infrared radiation directly into the atmosphere and outer space through a mechanism known as radiative sky cooling. Exploiting this mechanism, the authors pump fluid - in this case water - through their panels and find that they can cool it by 3-5 °C on a rooftop in Stanford, California. They then model the behaviour of this panel when it is integrated into a typical air-conditioning system. If used to remove heat from the condenser of a vapour-compression-based air-conditioning system in a two-storey commercial building in Las Vegas, the authors show a reduction of 21% in the electricity required for cooling over May to August of a typical year. Further tests are required to determine the commercial potential and to optimize the technology.
In an accompanying News & Views, Geoff Smith and Angus Gentle write: “The dual heat sink in the sky has many attractions for cooling efficiently that can now begin to be exploited following Goldstein and colleagues’ demonstration… “
doi: 10.1038/nenergy.2017.143
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