Nachhaltigkeit: Passives System kühlt Gebäude mit minimalen Stromverbrauch

Besonders in wärmeren Industriestaaten entsteht ein nicht unwesentlicher Anteil des Stromverbrauchs durch diverse Klimaanlagen – sowohl durch industriellen als auch durch privaten Gebrauch. Ein Team der Stanford University entwickeln ein passives System, das Gebäude kühlt, indem Wärme ins Weltall abgestrahlt wird.

System sendet Wärmestrahlen ins Weltall

Die Entwickler haben ihr System auf den Namen „Radiative Sky Cooling“ getauft. Das Konzept entstand bereits 2013 und soll Häuser und größere Gebäude kühlen, ohne dass Strom benötigt wird. Das System nimmt Wärmestrahlung aus dem Gebäude auf und strahlt sie in den Himmel ab – und zwar mit einer Wellenlänge, die die Erdatmosphäre durchdringen kann. Die Wärmestrahlung kann so direkt ins Weltall abgestrahlt werden. Ein optischer Film auf der Vorrichtung, die optisch Solarpanels ähnelt, verhindert, dass das System sich durch die Sonneneinstrahlung aufheizt.

„If you have something that is very cold – like space – and you can dissipate heat into it, then you can do cooling without any electricity or work. The heat just flows. For this reason, the amount of heat flow off the Earth that goes to the universe is enormous“, so Shanhui Fan, der Hauptautor der Studie.

Forscher kühlen erstmals ein Gebäude mit dem System

Erste Prototypen des Systems gab es bereits vor Jahren, allerdings wurde das Material damals nur in Form von etwa 20 cm breiten Platten getestet, um zu demonstrieren, dass die Fläche selber kühl bleibt. Nun aber hat das Team das System hochskaliert und kühlt mit seiner Hilfe fließendes Wasser, das anschließend genutzt werden könnte, um ein Gebäude zu kühlen. Die Panels, mit denen die Tests durchgeführt werden, hatten eine Größe von insgesamt etwa 0,8 Quadratmeter und kühlten Wasser auf etwa 3-5 Grad Celsius unter die Temperatur der Umgebungsluft.

Ganz ohne Strom kommt das System jedoch noch nicht aus. Bei der Methode mit Wasser müsste dieses durch das Gebäude gepumpt werden. In einem weiteren Test wurde ein zweistöckiges Bürogebäude in Las Vegas mit einem Kondensationssystem gekühlt, dessen Kondensator durch das System der Stanford University gekühlt wurde. Im Sommer konnten der Stromverbrauch für die Kühlung des Gebäudes so um mehr als 20 Prozent gesenkt werden, wodurch etwa 14,3 Megawattstunden Elektrizität gespart werden konnte. Das Ersparnis variierte auf Tagesbasis zwischen 18 und 50 Prozent.

„This research builds on our previous work with radiative sky cooling but takes it to the next level. It provides for the first time a high-fidelity technology demonstration of how you can use radiative sky cooling to passively cool a fluid and, in doing so, connect it with cooling systems to save electricity“, so Aaswath Raman, der an der Studie beteiligt war.

Das Team verfolgt ambitionierte Ziele

Die Forscher planen, das System kontinuierlich weiterzuentwickeln und im Idealfall eines Tages ganz ohne Strom bzw. mit minimalen Stromverbrauch auszukommen. Zu diesem Zweck haben sie eine Firma namens SkyCool Systems gegründet. Aktuell arbeitet das Team daran, das System in Kühlschränke und Klimaanlagen zu integrieren. Unterm Strich verfolgt das Team das ambitionierte Ziel, ganze Datencenter mit minimalen Stromverbrauch zu kühlen.