Isıtma ve soğutma, küresel enerji tüketiminin yaklaşık %50’sini oluşturmaktadır. Aynı zamanda küresel ısınma ve hava kirliliği gibi çevresel sorunlara büyük ölçüde sebebiyet verir. Buna karşılık olarak, güneş ve havayı sıcak ve soğuk kaynaklar olarak kullanan güneş enerjisi emme cihazlarıyla radyasyonlu soğutma cihazları, çevre dostu ve sürdürülebilir olması açısından diğer cihazlara nispeten daha çok dikkat çekmektedir ve verimi onlara oranla oldukça yüksektir.
Çeşitli cihazlar geliştirilmiş olmasına rağmen bu cihazların büyük bir kısmı sadece ısıtma veya soğutmaya odaklıdığından işlev bakımından sınırlıdır ve büyük ölçekli sistemlere uyarlanabilmesi sorun teşkil etmektedir. Araştırmada ısıtma ve soğutmanın birlikte kullanılmasına çift fonksiyonlu bir çözüm olarak bu iki işlemi tek cihazda birleştiren 3D akıllı enerji cihazı üretildi.1
Çalışmalar sonucu üretilen cihaz, daha önce görülmemiş bir mekanizma üzerinde çalışır: 3D yapı mekanik bir soyma işlemiyle açıldığında silikon elastomer ve gümüş içerikli alt tabaka, radyasyon soğutma işlemini gerçekleştirme amacıyla ortaya çıkar. Sistem ayrıca siyah boya kaplı yüzey içermektedir. Siyah boya güneş ışınlarını diğer renklere oranla daha fazla emdiğinden iyi bir tercihtir. Yapı kapandığı zaman bu siyah yüzey güneş ısısını emer. Bu işlemin sonucunda ısı ortaya çıkar ve ısıtma işlemi gerçekleştirilmiş olur.
Cihaz cam, cilt, alüminyum, bakır, çelik ve poliimid dahil olmak üzere birçok farklı alt tabaka üzerinde test edildi ve bu testler sonucunda fabrikasyon cihazların özellikleri belirlendi:
- Cihazlar, çift modlu çalıştırma yani ısıtma ve soğutma olarak adlandırılan tek eksenli gerinim altında güneş enerjisiyle radyasyonlu soğutma arasında geri dönüşümlü olarak değişir.
- Cihazlardaki 3D platformlar, optimize edilmiş tasarımlarla fonksiyonel katmanlar için sert veya yumuşak malzemeler kullanışlı olabilir.
- Bu cihazlar makro veya mikro ölçekte çift modlu ısıtma ve soğutma özellikleriyle termal yönetimde kullanılabilir. Cihazlar 59,5 °C ısıtma ve -11,9 °C soğutma sıcaklıklarına ulaşmış, ince polidimetilsiloksan, gümüş, polimid (PI) katmanları içerden çok katmanlı filmlere güneş emici olarak siyah boyayla kaplı olan PI filmleri kullanılır. Buna ek olarak, 3D yapıların konumuna göre mod değişiklikleri gösterilmiştir.
3D yapının açısının ayarlanabilir olmasının ısıtma ve soğutma performansında kontrol sağlanabildiğini gösterdi. Sistemin termal nitelikleri modüle edebilmesi, sıcaklık kontrolü olan binalarda cihazın esnek yapısı bina içindeki hava akışını düzenler ve daha iyi bir ısıtma ve soğutma sağlar. Endüstriyel ortamlarda cihaz sıcaklık kontrolü yaparken çevreye duyarlı olmasını sağlar bu sayede daha az enerji harcanarak karbon ayak izi küçültülür. Böylece binalarda ve endüstriyel ortamlarda hem makro hem de mikro ölçeklerde enerji tüketiminden tasarruf etmek ve yenilenebilir enerji için verimli ve umut verici çözüm olarak ele alınmaktadır.2
Enerji tüketiminden tasarruf yapmaya yardımcı olmak için üretilen 3D akıllı enerji cihazının bu bulguları endüstriyel ortamlarda, bina ortamlarında ve bu gibi birçok alanda uygulanmak için kullanılabilir. Aynı zamanda enerji verimliliğini artırarak daha sürdürülebilir bir yaşamı hedefliyor.
Kaynaklar
- https://techxplore.com/news/2024-10-3d-smart-energy-device-cooling.htm
- Lee, S. E., Seo, J., Kim, S., Park, J. H., Jin, H. J., Ko, J., … & Kim, B. H. (2024). Reversible Solar Heating and Radiative Cooling Devices via Mechanically Guided Assembly of 3D Macro/Microstructures. Advanced Materials, 36(39), 2400930.