Cold Tube – Klimaanlage für die Kühlung öffentlicher Bereiche in den Tropen – Princeton University

In tropischem Klima ist eine Luft-Klimaanlage zur Kühlung von Innenräumen in Wohnungen und Gewerbegebäuden selbstverständlich. In öffentlichen Bereichen und Außenklima kommt aufgrund des extremen Energiebedarfes der Einsatz von Luft-Klimaanlagen allerdings nicht in Betracht. Die durch ein Kühlregister aufwendig gekühlte Luft würde sich sofort mit der heißen Umgebungsluft vermischen und sich erwärmen. Ein Komfortgewinn wäre daher nur unter Einsatz von unverhältnismäßig viel Energie für Luftabkühlung und Luftentfeuchtung möglich. Eine alternative Verdunstungskühlung kommt aufgrund des tropischen Klimas nur begrenzt in Betracht und Ventilatoren haben ebenfalls nur eine begrenzte Kühlwirkung im tropischen Klima.

Basierend auf den Forschungsarbeiten der Kooperation der University of British Columbia (UBC) der Princeton University, der University of California, Berkeley, des Singapore-ETH Centre wurde Cold Tube umgesetzt.

Significance

In this paper, we present results from a radiant cooling pavilion, demonstrating a method of cooling people without cooling the air. Instead, surfaces are chilled, and thermal radiation is used to keep people cool. A thermally transparent membrane is used to prevent unwanted air cooling and condensation, a required precursor to deploying radiant cooling panels without humidity control in tropical environments. The results from this thermal-comfort study demonstrate the ability to keep people comfortable with radiation in warm air, a paradigm-shifting approach to thermal comfort that may help curb global cooling-demand projections. (Link: zum PNAS Artikel*)

Innovative Wandkühlung absorbiert Wärmestrahlung der Umgebung

Funktionsprinzip von Cold Tube ist Wandflächen im öffentlichen Bereich zur Absorption der Wärmestrahlung zu nutzen und so ein angenehmeres Klima auch an öffentlichen Plätzen, Bushaltestellen, U-Bahnstationen und in anderen Außenbereichen mit geringem Energieeinsatz zu ermöglichen. Durch das innovative Funktionsprinzip muss die Umgebungsluft nicht mehr gekühlt und entfeuchtet werden, sodass sich eine hohe Effizienz ergibt. Die Kühlfläche, welche von der Umgebungsluft abgeschirmt ist, sorgt durch die Absorption von Wärmestrahlung für den Kühleffekt. Desto näher die Person an der Kühlfläche steht, desto größer ist die Kühlwirkung.

Polymer verhindert Taupunktunterschreitung und Kondensation

Mit Cold Tube konnte gezeigt werden, dass die Technologie der “klimaunabhängigen Kühldecke” auch an Wandflächen und im heiß-tropischen Klima Singapurs funktioniert. Wie bei interpanel verhindert eine ähnliche infrarot-transparente Membran den Tauwasserausfall an der Oberfläche. Die Wärmestrahlung dringt durch die Membran und trifft auf die Kühlfläche. Das Funktionsprinzip beruht dabei auf der Trennung der feuchten Umgebungsluft von der gekühlten Fläche und der Aufrechterhaltung des Wärmestroms. Siehe “Funktionsweise“.

Zusammenfassung

Zusammengefasst konnte durch die Studie und Aufbau gezeigt werden, dass auch ohne eine Luftabkühlung, und rein über die Absorption von Wärmestrahlung durch die gekühlten Wandflächen sich ein angenehmes Klima im Außen- und Aufenthaltsbereich ergibt. Selbst bei den extremen klimatischen Bedingungen von bis zu 30 °C Lufttemperatur, 66,5 % rel. Luftfeuchte und nur geringer Luftbewegung haben sich 79 % der Testpersonen im Aufenthaltsbereich wohlgefühlt.

Quellen
https://chaos.princeton.edu/outputs/coldtube/
https://sec.ethz.ch/news-events/news/2020/08/cold-tube-a-paradigm-shift-to-cooling.html
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/00038628.2019.1566112
https://acee.princeton.edu/acee-news/andlinger-center-speaks-a-world-without-air-conditioning/

Fachbeiträge

Eric Teitelbaum, Kian Wee Chen, Dorit Aviv, Kipp Bradford, Lea Ruefenacht, Denon Sheppard, Megan Teitelbaum, Forrest Meggers, Jovan Pantelic, Adam Rysanek, Membrane-​assisted radiant cooling for expanding thermal comfort zones globally without air conditioning, Proceedings of the National Academy of Sciences Aug 2020, 202001678, DOI:10.1073/pnas.2001678117 svg+xml;base64,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 - Cold Tube - Klimaanlage für die Kühlung öffentlicher Bereiche  in den Tropen - Princeton University*

*Aufgrund des einzigen kommerziellen Anbieters der Technologie für taupunktunabhängige Kühldecken konnte durch die Richtlinien von PNAS die interpanel GmbH im Fachbeitrag nicht genannt werden.

Eric Teitelbaum, Adam Rysanek, Jovan Pantelic, Dorit Aviv, Simon Obelz, Alexander Buff, Yongqiang Luo, Denon Sheppard & Forrest Meggers (2019) Revisiting radiant cooling: condensation-free heat rejection using infrared-transparent enclosures of chilled panels, Architectural Science Review, DOI: 10.1080/00038628.2019.1566112, https://www.tandfonline.com/action/showCitFormats?doi=10.1080%2F00038628.2019.1566112

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