طريقة جديدة لتبريد المباني دون استخدام مكيفات

ان ما يقرب من 6% من الكهرباء المولدة في أمريكا يتم استخدامها لتشغيل أنظمة التكيفيات لتبريد المنازل والمكاتب . وحيث أن بعض الدول مثل البرازيل والصين تنمو وستصبح أغنى فإن الوضع نفسه سيكون في تلك الدول . وان ذلك لن يكون فقط عالي الثمن بالنسبة للمستهلكين ولكنه سيؤدي أيضا الى انبعاث الغازات التي تسبب الإحتباس الحراري في صورة غاز ثاني أكسيد الكربون من احتراق الوقود في محطات الطاقة ومن المركبات الكربونية الفلورية الهيدروجينية التي تستخدمها المكيفات للتبريد.

ولكن رونغيو يانغ و شياوبو يين من جامعة كولورادو، بولدر، لديهم بديل ممكن لكل ذلك . فقد قاموا باختراع غشاء يمكنه أن يعمل على تبريد المباني دون استخدام مبردات ودون استخدام أي طاقة لتنفيذ الأمر . والأفضل من ذلك، انه يمكن عمل هذا الغشاء باستخدام أساليب التصنيع القياسية لفة إلى لفة بتكلفة نحو 50 سنتا للمتر المربع الواحد.

ويعمل هذا الغشاء عن طريق عملية تسمى التبريد الإشعاعي . ويستفيد من الحقيقة التي تقول بأن الغلاف الجوي للأرض يسمح بموجات معينة من الأشعة تحت الحمراء التي تحمل الحرارة من الهروب عبر الفضاء دون عوائق. تحويل الحرارة غير المرغوب فيها إلى الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي الصحيح، ومن ثم يمكنك إدخالها في النظام دون أن تعود مرة ثانية.

ان دكتور يانغ و دكتور يين ليس هم أول من حاول تبريد المباني بتلك الطريقة . فان هناك شانهيو وزملائه من جامعة ستانفورد، في ولاية كاليفورنيا أظهروا جهاز يستخدم هذا المبدأ في عام 2014. وكانت موادهم الخام تتكون من 7 طبقات متناوبة من ثاني أكسيد الهافنيوم وثاني أكسيد السيليكون ذات سمك مختلف، وضعت على رقاقة مصنوعة من السيليكون. وبالطبع فان هذا سيكون صعبا ومكلفا عند تصنيع كميات كبيرة.

أما الغشاء الذي صنعه دكتور يانغ ودكتور يين فهو مكون من مادة بولي ميثيلي بينتين وهي مادة متاحة تجاريا ، والبلاستيك الشفاف الذي يباع باسم TPX. وبين ذلك يقوموا بخلط قطع صغيرة من الزجاج الخرزي ثم يقوموا بتثبيت ذلك على ورقة سمكها 50 جزء من المليون ، ويتم دهان هذه الورقة بالفضة من جانب واحد . وعندما توضع على السقف يكون الجانب الفضي لأسفل . وبالتالي تنعكس أشعة الشمس من خلال الطبقة البلاستيكية وتتوقف عن تسخين المنازل أسفلها.

ان منع تسخين الأشياء ليس هو نفس الشئ عند تبريدها . وان العامل الرئيسي للقيام بذلك هو خرز الزجاج. ان حفظ الحرارة ليس عملية ثابتة . ان كل الأشياء تمتص الحرارة وتنبعث منها طوال الوقت وهذه الانبعاثات عادة ما تكون في شكل من أشعة تحت الحمراء. في حالة الخرز، يتم تحديد الطول الموجي لهذا الإشعاع من قطرها. وبسهولة، فان تلك التي يبلغ قطرها حوالي ثمانية ميكرون تنبعث منها الأشعة التي تكون في الغالب في الأطوال الموجية التي تمر مباشرة من خلال "نافذة" الأشعة تحت الحمراء في الغلاف الجوي. وحيث أن مصدر الحرارة التي تتحول الى أشعة فوق الحمراء هو المنزل أدناها ، فان التأثير يكون تبريد المبنى .

أن تأثير التبريد ، 93 واط للمتر المربع الواحد في أشعة الشمس المباشرة، وأكثر من ذلك في الليل، يعد قويا. ويقدر فريق أن 20 متر مربع من غشائهم،اذا وضع فوق المنزل الأميركي العادي، سيكون كافيا للحفاظ على درجة الحرارة الداخلية عند 20 درجة مئوية في النهار عندما تكون الحرارة 37 درجة مئوية خارج.

لتنظيم كمية التبريد، فان أي نظام عملي يشمل الغشاء سيحتاج على الأرجح لأنابيب المياه لتحمل الحرارة إليه من داخل المبنى. ومن خلال التلاعب في معدل التدفق من خلال هذه الأنابيب تبعا لإختلاف درجة الحرارة في الخارج يمكن الحفاظ على درجة الحرارة المبنى ثابتة. وخلافا لنظام التبريد نفسه، فإن هذه المضخات تحتاج الطاقة للعمل. ولكن ليس الكثير منها. بخلاف ذلك، ويتم كل هذا العمل من قبل الفرق الضخم في درجة الحرارة ، حوالي 290 درجة مئوية، بين سطح الأرض و الفضاء الخارجي.