Nanomaterials memungkinkan perangkat pemanas dan pendingin mode ganda
Green Tech

Nanomaterials memungkinkan perangkat pemanas dan pendingin mode ganda


Lembaran nanomaterial dapat digunakan untuk memantulkan panas atau menyerapnya. Ini dia dalam mode pemanasan (atas) dan mode pendinginan (bawah). Kredit: Po-Chun Hsu, Duke Engineering

Insinyur di Duke University telah mendemonstrasikan perangkat pemanas dan pendingin mode ganda untuk membangun kontrol iklim yang, jika digunakan secara luas di AS, dapat memotong penggunaan energi HVAC hampir 20 persen.

Penemuan ini menggunakan kombinasi ilmu mekanika dan material untuk memanfaatkan atau mengeluarkan cahaya pada panjang gelombang tertentu. Bergantung pada kondisi, roller memindahkan lembaran bolak-balik untuk mengekspos material yang memerangkap panas di salah satu bagian atau bahan pendingin di sisi lainnya. Didesain khusus pada skala nano, satu bahan menyerap energi matahari dan memerangkap panas yang ada, sementara yang lain memantulkan cahaya dan memungkinkan panas keluar melalui atmosfer bumi dan ke luar angkasa.

“Saya pikir kami yang pertama mendemonstrasikan kontak termal yang dapat dibalik, yang memungkinkan kami beralih di antara dua mode untuk pemanasan atau pendinginan,” kata Po-Chun Hsu, asisten profesor teknik mesin dan ilmu material di Duke dan pemimpin tim. . “Ini memungkinkan material dapat dipindahkan sambil tetap mempertahankan kontak termal yang baik dengan bangunan untuk membawa panas masuk atau mengeluarkan panas.”

Hasilnya muncul online 30 November di jurnal Komunikasi Alam.

Sekitar 15% konsumsi energi di AS, dan lebih dari 30% secara global, adalah untuk pemanasan dan pendinginan gedung, yang bertanggung jawab atas sekitar 10% emisi gas rumah kaca global. Namun, hingga saat ini, sebagian besar pendekatan untuk meminimalkan jejak karbon hanya membahas pemanasan atau pendinginan. Hal ini membuat zona iklim sedang dunia yang membutuhkan pemanasan dan pendinginan sepanjang tahun — atau terkadang dalam 24 jam — keluar dalam cuaca dingin. Dalam makalah baru, Hsu dan timnya mendemonstrasikan perangkat yang berpotensi membuat kita tetap nyaman atau sejuk saat cuaca berubah.

Lembaran yang dirancang khusus dimulai dengan komposit polimer sebagai alas yang dapat mengembang atau berkontraksi dengan mengalirkan listrik melaluinya. Hal ini memungkinkan perangkat mempertahankan kontak dengan gedung untuk mentransmisikan energi sambil tetap dapat melepaskan diri sehingga roller dapat beralih di antara mode.

Bagian pendingin dari lembaran tersebut memiliki lapisan film perak ultra tipis yang dilapisi oleh lapisan silikon bening yang bahkan lebih tipis, yang bersama-sama memantulkan sinar matahari seperti cermin. Sifat unik dari bahan-bahan ini juga mengubah energi menjadi dan memancarkan cahaya inframerah jarak menengah, yang tidak berinteraksi dengan gas di atmosfer bumi dan dengan mudah masuk ke luar angkasa.

Ketika perubahan cuaca menyebabkan kebutuhan akan pemanasan, muatan listrik akan dilepaskan dan roller menarik lembaran di sepanjang trek. Ini menukar pendinginan, separuh lembaran reflektif dengan separuh penyerap panas.

Untuk memanaskan bangunan di bawahnya, para insinyur menggunakan lapisan tembaga ultra-tipis yang diatapi lapisan nanopartikel seng-tembaga. Dengan membuat nanopartikel ukuran tertentu dan memberi jarak tertentu, mereka berinteraksi dengan tembaga di bawahnya dengan cara yang menjebak cahaya ke permukaannya, memungkinkan material tersebut menyerap lebih dari 93% panas matahari.

Hsu dan timnya melihat perangkat tersebut sebagai sesuatu yang dapat bekerja dengan sistem HVAC yang ada, bukan sebagai pengganti penuh.

“Daripada langsung memanaskan dan mendinginkan bangunan, kita bisa menggunakan water panel untuk mengambil air panas atau dingin ke sistem heat pump atau boiler,” kata Hus. “Saya juga membayangkan bahwa dengan teknik tambahan, ini juga dapat digunakan di dinding, membentuk semacam selubung bangunan yang dapat diganti.” kata Hsu.

Ke depan, tim sedang mengerjakan beberapa aspek desain untuk memajukannya dari prototipe menjadi satu skalabel untuk pembuatan. Diantaranya, jelas Hsu, adalah kekhawatiran tentang keausan jangka panjang dari suku cadang yang bergerak dan biaya material khusus. Misalnya, mereka akan menyelidiki apakah aluminium berbiaya rendah dapat menggantikan perak dan juga mengerjakan versi statis yang dapat beralih mode secara kimiawi daripada secara mekanis.

Meski banyak kendala, Hsu yakin teknologi ini bisa menjadi anugerah hemat energi di masa depan. Dan dia tidak sendiri.

“Kami sudah bekerja dengan sebuah perusahaan untuk menentukan lokasi ideal untuk menerapkan teknologi ini,” kata Hsu. “Dan karena hampir setiap zona iklim di Amerika Serikat membutuhkan pemanasan dan pendinginan di beberapa titik sepanjang tahun, keuntungan dari perangkat mode ganda seperti ini jelas terlihat.”


Pendingin radiasi yang mendingin bahkan di bawah sinar matahari


Informasi lebih lanjut:
Xiuqiang Li et al, Integrasi pendinginan radiatif siang hari dan pemanas matahari untuk penghematan energi sepanjang tahun di gedung, Komunikasi Alam (2020). DOI: 10.1038 / s41467-020-19790-x

Disediakan oleh Duke University School of Nursing

Kutipan: Nanomaterials mengaktifkan perangkat pemanas dan pendingin mode ganda (2020, 2 Desember) diambil pada 2 Desember 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-12-nanomaterials-enable-dual-mode-cooling-device.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Lagutogel