Doc. dr. Primož Poredoš je v sodelovanju s sodelavci Laboratorija za okoljske tehnologije v zgradbah Fakultete za strojništvo UL in raziskovalci inovacijske ekipe ITEWA Univerze v Šanghaju razvil koncentrator na osnovi AsymSkyCool metode, ki omogoča hlajenje stavb in naprav popolnoma brez rabe električne energije. Koncentrator izkorišča »hlad vesolja« – izredno nizke temperature globokega vesolja, pri čemer tovrstni koncentrator lahko doseže tudi do minus 15 °C glede na okolico – ter ga s posebno metodo koncentrira in usmeri proti viru toplote. Z uporabo vesolja kot vira hladu omogoča okolju prijazno, učinkovito in trajnostno hlajenje naprav, ki so veliki porabniki električne energije, kot so npr. LED-luči, baterije in električni motorji.
Z naraščajočimi zahtevami po učinkoviti in trajnostni porabi energije se raziskovalci in industrija intenzivno posvečajo iskanju inovativnih rešitev za hlajenje naprav, stavb in infrastrukture brez rabe električne energije, predvsem pa iščejo načine, s katerimi bi prispevali k zmanjšanju ogljičnega odtisa industrije in gospodinjstev. Če pogledamo na primeru: povprečna poraba električne energije za hlajenje elektromotorja hladilnika se običajno giblje med 200 in 400 kilovatnimi urami (kWh) na leto. Če to primerjamo s količino proizvedenega ogljikovega dioksida, ki je eden izmed najbolj problematičnih toplogrednih plinov, to pomeni nekaj več kot 150 kg emisij CO2 letno, kar je približno enako kot vožnja avtomobila na razdalji 1000 do 1500 km. V tem kontekstu je razvoj učinkovitih načinov hlajenja ključen za naslavljanje izzivov povezanih s toplotnimi obremenitvami okolja in obremenitvami z izpusti CO2.
Koncentrator na osnovi AsymSkyCool metode (slika 1) predstavlja pomembno prelomnico v raziskovanju pasivnih načinov hlajenja, saj omogoča izboljšano koncentriranje in usmerjanje proizvedene hladilne energije proti določenemu viru toplote (LED-luči, električnemu motorju, baterijam …). Pri tej metodi je vir toplote preko substrata (tj. večja površina z zelo visoko toplotno prevodnostjo) povezan z RC materialom. Prav slednji ima pomembno vlogo pri pasivnem hlajenju stavb in površin na temperature, ki so nižje od okoliškega zraka, saj je zasnovan tako, da učinkovito oddajajo toploto v hladno vesolje, medtem ko minimalno absorbira sončno sevanje in toploto iz atmosfere. Celoten kompleks AsymSkyCool metode (vir toplote, substrat in RC-material) omogoča prenos toplote iz manjšega vira toplote proti večjemu in hladnejšemu območju – od tod tudi izvira izraz »Asym«, tj. asimetričen – ki ga zagotavlja material RC, kar vodi v dekoncentracijo toplote oziroma v koncentracijo hladu. Rezultati raziskave so bili objavljeni v reviji Energy & Environmental science (IF: 32.5), ki se uvršča med najboljše tri revije na področju okoljskih znanosti in energetike, na področju kemijskega inženirstva pa velja za najboljšo znanstveno revijo.
Slika 1: koncept celodnevnega koncentratorja hladilne energije s sevalnim hlajenjem z nebom, ki služi kot oddajnik energijsko bogatih elektromagnetnih valov v vesolje.
Eksperiment so raziskovalci izvedli na različnih geografskih lokacijah (Ljubljana, Šanghaj in Kunming), kar dokazuje zmogljivost metode AsymSkyCool pri zelo različnih temperaturnih pogojih in pogojih vlažnosti, zaradi česar se ta študija pomembno razlikuje od prejšnjih, ki so se običajno zanašale na omejen nabor podatkov iz ene same lokacije in ocenjevale njeno delovanje pod vplivom minimalnih sprememb pogojev v okoliškem zraku.
Slika 2: a) Eksperimentalna proga, uporabljena za dokaz koncepta hlajenja z visoko energijskimi LED diodami z uporabo koncentracije sevalnega hlajenja z nebom. b) Sprememba temperature s časom v primeru vzorca brez koncentracije hladu (RC), vzorca na osnovi koncentracije hladu s toplotno izolacijo (tcRC) in aktivno napravo na osnovi prisilne konvekcije (FC).
Vodilni raziskovalec doc. dr. Primož Poredoš je ob tem poudaril praktični prikaz uporabnosti AsymSkyCool metode: »Eksperimentalna študija je bila izvedena z večdnevnim hlajenjem visokoenergijskih LED-luči v zunanjem okolju (slika 2a in 2b). Pridobljeni rezultati so presegli naša pričakovanja, saj se je pristop na osnovi koncentracije hladilne energije izkazal za veliko boljšega v primerjavi s postopkom aktivnega hlajenja, ki je bil osnovan na razširjeni površini in ventilatorjem. Prilagodljivost metode AsymSkyCool je bila tudi preizkušena v manj ugodnih pogojih okolice, saj na zmogljivost sevalnega hlajenja močno vplivajo sončno sevanje, količina vodne pare v atmosferi ter oblačnost. S tem smo avtorji študije dokazali robustnost te metode praktično v številnih pogojih delovanja, na katere naletimo v realnem okolju.«
Čeprav je raziskava prikazala zelo obetaven koncept visokoučinkovitega in pasivnega hlajenja naprav, ki so veliki porabniki električne energije, si želijo raziskovalci v prihodnosti razviti koncentrator, s katerim bodo zmogljivostno lestvico premaknili vse do 200 kW m2. To bo omogočalo popolnoma nove pristope k brezogljičnemu hlajenju energetsko intenzivnih sistemov, kot so na primer veliki kompleksi rastlinjakov, termoelektrarn in celo jedrskih reaktorjev.