Neue Testkammer geschaffen, um bessere Möglichkeiten zu finden, Menschen kühl zu halten

PULLMAN, Washington – Ein Schiffscontainer, der passive Kühlsysteme testen kann, könnte Forschern und Bauherren dabei helfen, kohlenstofffreie Wege zu finden, um Menschen bei extremen Temperaturen kühl zu halten.

Forscher der Washington State University haben die 60 Quadratmeter große Kammer geschaffen, um passive Systeme zu testen, die Windtürme zusammen mit Wasserverdunstung anstelle von Elektrizität zur Kühlung von Räumen nutzen.

Die Suche nach Kühlmethoden, die nicht die Freisetzung weiterer Treibhausgase in die Luft erfordern, sei von entscheidender Bedeutung, um einer wachsenden Bevölkerung bei der Anpassung an den Klimawandel zu helfen, sagte Omar Al-Hassawi, Hauptautor der Studie in der Fachzeitschrift Energies.

„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. „Möglicherweise werden mechanische Systeme einbezogen, aber wie können wir Gebäude zunächst kühlen, bevor wir uns auf die mechanischen Systeme verlassen?“

Die von den Forschern entwickelte Testkammer ist solarbetrieben mit Batteriespeicher und völlig unabhängig vom Netzstrom. Es kann das ganze Jahr über auf eine Temperatur zwischen 125 und 130 Grad Fahrenheit erhitzt werden, um Kühlinnovationen zu testen und dabei die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit innerhalb und um ein Kühlsystem zu messen. Die Forscher kalibrierten die Kammer anhand der Ergebnisse eines groß angelegten Experiments, das an einem passiven Abluftkühlsystem durchgeführt wurde, das unter den heißen, trockenen Bedingungen von Phoenix, Arizona, getestet wurde.

„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.“

Laut Al-Hassawi verbrauchen Gebäude etwa 60 % des weltweiten Stroms, wobei fast 20 % davon für die Kühlung verwendet werden. In den USA nutzen fast 90 % der Wohnhäuser und Wohnungen mechanische Klimaanlagen.

Da Menschen auf der ganzen Welt mit der globalen Erwärmung zu kämpfen haben, wird sich der Energiebedarf für mechanische Klimaanlagen bis zum Jahr 2050 voraussichtlich verdoppeln. Der Betrieb von Klimaanlagen erfordert Strom, der häufig aus fossilen Brennstoffen erzeugt wird, wodurch der CO2-Ausstoß steigt und zur Verschärfung der globalen Erwärmung beiträgt.

„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.“

Passive Kühlsysteme, die keinen Strom benötigen, werden seit Jahrhunderten von Menschen an heißen Orten genutzt, und zwar bereits seit etwa 2500 v. Chr. im alten Ägypten. Eine Kühlstrategie besteht darin, die Brisen eines Turms einzufangen. Mit einer Feuchtigkeitsschicht an der Spitze des Turms kühlt die Verdunstung die Luft ab, die dann schwerer wird und durch die Schwerkraft in einen darunter liegenden Wohnraum sinkt. Die Feuchtigkeitszufuhr kann über befeuchtete Pads, Duschköpfe oder Sprühdüsen erfolgen. Normalerweise werden mechanische Lüfter nur als Backup benötigt.

Obwohl solche Systeme gelegentlich an heißen Orten wie Phoenix, Arizona, eingesetzt werden, sind Menschen und Baufachleute oft nicht mit passiven Kühltechniken vertraut oder verstehen sie falsch. Eine passive Kühlstrategie könnte beispielsweise alte Schornsteine ​​in älteren Gebäuden als Kühlturm nutzen und sowohl für bestehende als auch für Neubauten anwendbar sein, sagte Al-Hassawi.

„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.

Eine breitere Einführung solcher passiven Kühlsysteme könnte den Energiebedarf senken, aber der Versuch, passive Kühlsysteme zu erforschen und zu testen, erfordert erhebliche Investitionen und Schulungen.

„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 Studierenden haben einige Prototypen von Kühlsystemen entworfen und gebaut, die das passive Downdraft-Kühlsystem nutzen. Diese werden ab dem nächsten Semester getestet. Al-Hassawi hofft, dass auch Industriepartner daran interessiert sein könnten, im kommenden akademischen Jahr passive Systemdesigns in der Kammer zu testen.