Le nouveau système de refroidissement passif du MIT fonctionne sans électricité
Avec hausse températures, les humains sont devenus plus dépendants de la technologie de refroidissement pour maintenir des températures stables. En conséquence, les bâtiments consomment plus d’énergie pour se refroidir et les zones urbaines sont particulièrement vulnérables en raison de l’effet d’îlot de chaleur urbain. Le Massachusetts Institute of Technology (MIT) a développé un nouveau dispositif de refroidissement passif pour les bâtiments pour y remédier.
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En 2019, le secteur du froid représentait 8,5 % de la consommation mondiale d’électricité, soit plus d’une gigatonne d’émissions de dioxyde de carbone. Avec une telle demande croissante, il est essentiel de rechercher durable alternatives.
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La technique du MIT combine conception efficace et la technologie pour refroidir un bâtiment sans utiliser d’électricité.
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Stratégie de refroidissement passif
L’équipe a placé l’appareil nouvellement construit sur une petite zone du MIT du campus sur le toit pour tester ses performances. Les résultats ont montré qu’en plein soleil, ce dispositif de refroidissement refroidissait la zone sous le panneau à 9,3 degrés Celsius (48,74 degrés Fahrenheit) en dessous de la température ambiante.
L’équipe travaille depuis longtemps sur cet appareil et a avancé avec La technologie pour obtenir un refroidissement sans précédent. Le dispositif applique les principes connus de refroidissement évaporatif et radiatif. Le refroidissement par évaporation utilise l’eau évaporée pour refroidir l’air chaud, tandis que le refroidissement radiatif, contrairement aux climatiseurs qui émettent de la chaleur directement dans l’espace plutôt que dans l’environnement environnant.
« La nouveauté ici est vraiment de réunir la fonction de refroidissement radiatif, la fonction de refroidissement par évaporation et également la fonction d’isolation thermique en un seul architecture», a déclaré Zhengmao Lu, un post-doctorant du MIT, qui faisait partie de cette nouvelle étude.
Conception du nouvel appareil
Le nouvel appareil mince ressemble à un standard panneau solaire dans la conception. Le système est alors composé de plusieurs couches qui servent de réflecteur, d’évaporateur et d’isolant. Cet ensemble permet le refroidissement pendant que l’eau et la chaleur traversent l’appareil.
La couche supérieure est faite d’aérogel hautement isolant, qui est « principalement air enfermé dans les cavités d’une structure en forme d’éponge en polyéthylène. Le matériau facilite le passage de la vapeur d’eau et du rayonnement. Il limite également l’échauffement solaire de l’appareil.
En dessous, une autre couche d’hydrogel semblable à une éponge est immergée dans l’eau pour le refroidissement par évaporation. La déclaration explique comment l’eau dans l’hydrogel se réchauffe et se transforme en vapeur d’eau. À son tour, il monte vers le haut (refroidissement par évaporation), transportant une partie de la chaleur dans le processus.
L’équipe a également ajouté une couche semblable à un miroir pour faire rebondir toute lumière solaire entrante, sans chauffage les matériaux de l’appareil et en réduisant leur charge thermique.
Applications
Environ 10 % de la population mondiale devrait vivre dans des zones sans accès régulier à électricité. L’appareil pourrait jouer un rôle important pour répondre aux demandes de refroidissement dans les zones dépourvues d’électricité ou d’eau.
L’équipe suggère que les panneaux pourraient être placés au-dessus d’un récipient de stockage de nourriture qui nécessite un refroidissement optimal environnement. Ainsi, réduisant les risques de détérioration et de gaspillage des aliments. Et selon l’étude, ce nouveau système pourrait augmenter la durée de conservation des aliments de 40 % dans les climats humides sans électricité et de 200 % dans les climats secs avec un minimum de remplissage d’eau.
Même pour l’évaporation, le besoin en eau est moindre. L’eau doit être ajoutée une fois tous les quatre jours dans les zones les plus chaudes et les plus sèches et une fois par mois dans les parties humides du mondesouligne le communiqué officiel.
De plus, le dispositif pourrait améliorer l’efficacité des systèmes de climatisation existants en fournissant froid de l’eau (via des tuyaux) pour refroidir certaines parties du système.
Déchets alimentaires et systèmes de refroidissement
La Les Nations Unies Programme pour l’environnement (PNUE) et l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture ont récemment publié Rapport sur les chaînes du froid alimentaires durablesqui comprend quelques statistiques critiques.
On estime qu’environ 17 % du total des aliments produits pour la consommation humaine sont gaspillé. Ce chiffre est suffisant pour nourrir environ un milliard d’individus dans le monde, selon le rapport. L’une des principales causes est le manque de réfrigération efficace pour maintenir la qualité des aliments.
La chaîne du froid alimentaire actuelle contribue aux émissions de gaz à effet de serre. Les technologies de la chaîne du froid, ainsi que les pertes et gaspillages alimentaires dus à un manque de réfrigération, représentent 4 % de la les émissions de gaz à effet de serre.
Scientifiques et les ingénieurs ont travaillé sans relâche pour trouver des solutions à long terme à ce problème. Et ce système de refroidissement passif pourrait être la solution clé à cette crise.
Commercialisation : un long chemin à parcourir
L’appareil présente plusieurs avantages, dont le fait qu’il ne nécessite pas d’électricité, consomme peu d’eau et a un faible empreinte carbone. Au milieu de la crise climatique en cours, cela pourrait changer la donne. Cependant, comme le matériau aérogel est coûteux à produire, il faudra beaucoup de temps pour commercialiser ce produit unique. L’équipe suggère que davantage de recherches soient nécessaires pour trouver des solutions alternatives à l’aérogel pour la production de masse.
« En combinant le refroidissement par évaporation, le refroidissement radiatif et l’isolation, il a une meilleure performance de refroidissement et peut être efficace dans une gamme plus large de climats que le refroidissement par évaporation ou le refroidissement radiatif seul. Le travail pourrait attirer des applications pratiques importantes, comme dans la conservation des aliments, si le système peut être fabriqué à un coût raisonnable », a déclaré Xiulin Ruan, professeur de génie mécanique à l’Université Purdue, qui ne faisait pas partie de cette recherche.
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Images reproduites avec l’aimable autorisation de Zhengmao Lu et Pexels