출처: http://www.nextbigfuture.com/2016/12/cooling-by-radiating-heat-into-space.html

Physicists have achieved record levels of temperature reduction using the process of radiative cooling, by which heat is beamed from Earth’s surface into outer space. Zhen Chen and his colleagues at Stanford University lowered the temperature of a thermal emitter – a device designed to give out more heat than it takes in – to 42.2 °C below that of the surrounding air

물리학자들이 열을 지표면으로부터 우주로 방출시키는 복사냉각을 이용하여 기록적인 온도강하를 달성했다. 스탠포드 대학의 젠 쉔과 그 동료들은 열방출기(받아들이는 열보다 더 많은 열을 외부로 방출시키는 장치)의 온도를 주변공기 온도보다 섭씨 42.2도 낮췄다.

“To achieve high-performance cooling, the key is to couple whatever object you want to cool with outer space and to decouple it from the ambient environment,” says Chen. The researchers placed the emitter in a vacuum chamber, isolating it from the atmosphere and cutting off almost any heat transfer through conduction or convection, which could cause the emitter to warm up. Heat from the emitter was radiated out of a specially designed window on top of the vacuum chamber, which was directed at a clear patch of sky.

"고효율 냉각을 달성하기 위한 주요 과제는 우리가 냉각시키려 하는 물체를 외우주와 연동시키는 동시에 주변환경으로부터 격리시키는데 있었습니다"라고 젠 쉔은 말했다. 연구진은 열방출기는 진공챔버 안에 넣어 대기로부터 격리시키고 거의 모든 전도열과 대류열을 차단하여 열방출기가 가열되는 것을 방지했다. 열방출기에서 나오는 열은 특수하게 설계되어 진공챔버 맨 꼭대기에 하늘을 향해 난 창을 통해 복사방출되었다.

Earth’s atmosphere allows thermal radiation of wavelengths between 8 and 13 micrometres to pass through it into outer space – but most objects release heat at different wavelengths. The Stanford emitter, however, was specifically designed so that most of the heat it emits falls within that range, meaning that on a clear day it will pass straight out into space without being bounced back by the atmosphere

지구 대기는 파장이 8 ~ 13 마이크로미터인 복사열을 외우주로 통과시킨다. 그러나 대다수의 물체는 이와 다른 파장의 열을 방출한다. 이번에 스탠포드에서 개발한 열방출기는 방출하는 열 대부분의 파장이 상기 대역에 들어가도록 특수 설계되었다. 이는 열방출기에서 나오는 열이 대기에 반사되지 않고 곧장 우주로 방출된다는 의미이다.

Within half an hour of pumping air out of the vacuum chamber, the temperature of the emitter plummeted to 40 °C below that of the surrounding air. Over the next 24 hours, it averaged 37 °C below the air temperature, and reached its biggest reduction of 42.2 °C when exposed to the peak of the sun’s heat.

진공챔버에서 30분간 공기를 빼내자 열방출기의 온도는 주변공기 온도보다 섭씨 40도 낮아졌다. 그 후 24시간 동안 열방출기의 온도는 주변공기 온도보다 평균 섭씨 37도가 낮았으며, 태양이 가장 뜨거울 때에는 섭씨 42.2도의 감소를 보였다.

Bigger reduction

더 큰 냉각

Previous attempts at radiative cooling have achieved maximum temperature reductions of up to 20 °C, unless they are at high altitude and with very low humidity.

이전의 복사냉각 실험에서는 최대 섭씨 20도의 온도저하를 달성했으며, 그것도 높은 고도와 아주 낮은 습도 하에서만 가능했다.

Jeremy Munday at the University of Maryland in College Park, says the team’s record-breaking results are down to their use of vacuum chambers and sun shades, which prevent sunlight from directly hitting the emitter. “They’re getting significantly below water-freezing temperature during daylight by improving their set-up,” he says.

메릴린드 대학의 제레미 먼데이는 연구진의 기록적인 결과가 진공챔버와 열방출기는 직사광선으로부터 보호하는 햇빛가리개 덕분에 가능했다고 말했다. "이들은 실험장비를 개선함으로써 빙점보다 매우 낮은 온도를 얻었습니다"라고 그는 말했다.

Nature Communications - Radiative cooling to deep sub-freezing temperatures through a 24-h day–night cycle

네이처 커뮤니케이션즈 - 24시간 낮밤 주기 동안의 초빙점하 온도로의 복사냉각


Radiative cooling technology utilizes the atmospheric transparency window (8–13 μm) to passively dissipate heat from Earth into outer space (3 K). This technology has attracted broad interests from both fundamental sciences and real world applications, ranging from passive building cooling, renewable energy harvesting and passive refrigeration in arid regions. However, the temperature reduction experimentally demonstrated, thus far, has been relatively modest.

복사냉각 기술은 지구 대기의 투명구간(8 ~ 13 마이크로미터 대역)을 이용하여 지구로부터 외우주(온도 3K)로 수동 방출하는 기술이다. 이 기술은 기초과학에서부터 실제응용(건물의 수동냉각, 재생에너지 수집, 건조지역에서의 수동 냉장보관)에 이르기까지 폭넓은 관심을 불러일으켰다. 그러나 지금까지 실험을 통해 얻을 수 있었던 온도저하는 상대적으로 미미했다.

Here we theoretically show that ultra-large temperature reduction for as much as 60 °C from ambient is achievable by using a selective thermal emitter and by eliminating parasitic thermal load, and experimentally demonstrate a temperature reduction that far exceeds previous works. In a populous area at sea level, we have achieved an average temperature reduction of 37 °C from the ambient air temperature through a 24-h day–night cycle, with a maximal reduction of 42 °C that occurs when the experimental set-up enclosing the emitter is exposed to peak solar irradiance.

본 연구에서 우리는 선택적 열방출기를 사용하고 기생적 열부하를 제거함으로써 이론적으로는 주변공기 온도기준 섭씨 60도에 달하는 온도저하를 얻을 수 있음을 증명함과 동시에 실험을 통하여 기존 연구를 뛰어넘는 온도저하를 시연하고자 한다. 우리는 해수면보다 높은 인구밀집지역에서 24시간 낮밤주기 동안 주변공기 온도를 기준으로 평균 섭씨 37도에 달하는 온도저하를 달성하였으며, 열방출기를 덮고 있는 실험장비가 태양복사열 최고치에 노출되는 시점에는 섭씨 42도라는 최대의 온도저하를 기록하였다.

파운데이션에 등장하는 트랜터에게 매우 필요한 기술이겠군요? (  -_-)a