Alternative zur Klimaanlage? Wissenschaftler testen alte Technologie, um einen Raum zu kühlen

WSU

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Kühlung ist wichtig. Besonders in trockenen und feuchten Klimazonen. Aber die Klimaanlagen in unseren Häusern, Büros und Autos sind für etwa 1.950 Millionen Tonnen Kohlendioxidemissionen pro Jahr verantwortlich, was 3,94 % der weltweiten Treibhausgasemissionen entspricht.

Um eine nachhaltige Lösung und Alternative zu Klimaanlagen zu finden, experimentieren Forscher der Washington State University (WSU) mit einer 60 Quadratmeter großen Kammer, um alte Kühlmethoden zu testen.

„Kühlung ist in Gebäuden immer gefragter, insbesondere da das Klima heißer wird“, sagte Al-Hassawi, Assistenzprofessor an der School of Design and Construction der WSU, in einer Pressemitteilung. „Möglicherweise werden mechanische Systeme einbezogen, aber wie können wir Gebäude zunächst kühlen, bevor wir uns auf die mechanischen Systeme verlassen?“

Die Forscher nutzen keinen Strom, sondern passive Systeme, die Windtürme zur Wasserverdunstung nutzen, um die Temperaturen abzukühlen.

Die Testkammer, die einem riesigen Schiffscontainer sehr ähnelt, ist solarbetrieben mit Batteriespeicher und benötigt keinen Netzstrom. Um die Kühlwirkung des Systems zu testen, kann die Kammer auf eine Temperatur zwischen 52 und 54 Grad Celsius erhitzt werden.

Das passive Downdraft-Kühlsystem wurde unter den heißen, trockenen Bedingungen von Phoenix, Arizona, getestet.

„Wir können extreme Bedingungen simulieren“, sagte Al-Hassawi. „Mit kleineren Modellen können wir auch viel schnellere Tests durchführen und früher Ergebnisse erhalten, als auf den Bau von Prototypen im großen Maßstab warten zu müssen.“

Es ist ein besorgniserregendes Problem. Von den 1.950 Millionen Tonnen Kohlendioxidemissionen, die jährlich durch Klimaanlagen verursacht werden, stammen 531 Millionen Tonnen aus der Energie, die zur Temperaturregelung aufgewendet wird, und 599 Millionen Tonnen aus der Entfernung von Feuchtigkeit.

„Angesichts der steigenden Weltbevölkerung wird es in den kommenden Jahren viele neue Bauvorhaben geben, und ein großer Teil davon wird in den Entwicklungsländern stattfinden“, sagte Al-Hassawi.

„Wenn wir also so bauen, wie wir es bisher getan haben, und uns weiterhin auf mechanische Systeme verlassen, um den Kühlbedarf zu decken, wird das ein Problem sein. „Es wird viel mehr Klimaanlagen benötigt, insbesondere angesichts des Bevölkerungswachstums in den heißeren Regionen der Welt“, fügte er hinzu.

Passive Kühlsysteme gibt es bereits seit etwa 2500 v. Chr. im alten Ägypten. Die zur Kühlung verwendete Strategie besteht darin, die Brisen mithilfe von Windtürmen einzufangen. In heißen Gegenden verdunstet die Feuchtigkeit, was wiederum die Luft abkühlt. Die abgekühlte Luft wird schwer und sinkt durch die Schwerkraft in einen darunter liegenden Wohnraum.

„Es handelt sich um eine ältere Technologie, aber es wurde versucht, Innovationen zu entwickeln und eine Mischung aus neuen und bestehenden Technologien zu nutzen, um die Leistung und die Kühlkapazität dieser Systeme zu verbessern“, sagte er. „Deshalb wäre eine solche Forschung wirklich hilfreich“, sagte er. „Wie können wir uns mit dem Gebäudedesign befassen, einige dieser älteren Strategien wiederbeleben und sie in den zeitgenössischen Hochbau integrieren? Die Prüfkammer wird dafür zur Plattform.“

Die Forscher hoffen, dass die Wechselstromsysteme durch diese passiven Systemdesigns ersetzt werden, wenn die Erde immer heißer wird.

Die Studie wurde in Energies veröffentlicht.

Studienzusammenfassung:

Der Energiebedarf für die aktive mechanische Raumkühlung wird sich Prognosen zufolge bis 2050 verdoppeln. Eine breitere Einführung passiver Kühlsysteme kann dazu beitragen, den Bedarf zu senken. Allerdings ist die Vertrautheit mit diesen Systemen nach wie vor gering, und die Innovation auf diesem Gebiet ist aufgrund des Mangels an kostengünstigen, zugänglichen Methoden zur Leistungsbewertung eingeschränkt. In diesem Artikel wird über die Planung, den Bau und die Inbetriebnahme einer erschwinglichen, in sich geschlossenen Umwelttestkammer berichtet. Die neuartige Kammer bildet eine Reihe von Außenbedingungen nach, die in heißen, trockenen Regionen üblich sind, und ermöglicht so das ganzjährige Testen von Prototypen in verkleinertem Maßstab. Es werden Daten aus Kalibrierungstests gemeldet, die keinen signifikanten Unterschied in der Verdunstungseffizienz zeigen, wenn ein in der Kammer getesteter verkleinerter Prototyp mit Datensätzen aus früheren Tests im Originalmaßstab verglichen wird. Die Analyse der Ergebnisse mithilfe eines unabhängigen zweiseitigen T-Tests mit Stichproben und einem Konfidenzintervall von 95 % ergab einen p-Wert von 0,75. Während sich die gemessenen Auslassluftgeschwindigkeiten für Prototypen im verkleinerten Maßstab und im Originalmaßstab in gewissem Maße unterschieden (quadratischer Mittelwertfehler von 0,45 m/s), wurden die Ergebnisse aufgrund von Fehlern, die durch die schnelle Änderung der Windgeschwindigkeiten und -richtungen bei voller Leistung verursacht wurden, dennoch als vergleichbar angesehen Skala. Zukünftige Kammermodifikationen werden Fehlausrichtungen zwischen den von den beiden Skalen erfassten Daten korrigieren und beobachtete Anstiege der relativen Luftfeuchtigkeit in der Kammer während der Tests verhindern.