Een nieuwe techniek die gebruik maakt van een zigzagpatroon in muren kan gebouwen tot wel 3°C koeler houden dan traditionele muren, zonder dat hiervoor energie nodig is. Deze benadering kan het energieverbruik van koelsystemen aanzienlijk verminderen, wat zou kunnen bijdragen aan het beperken van de opwarming van de aarde.
Volgens Qilong Cheng van de Columbia University in New York biedt dit ontwerp de mogelijkheid om gebouwen passief te koelen. “Met dit soort design kunnen we gebouwen koeler houden, wat het energieverbruik voor koeling kan verminderen,” aldus Cheng.
De noodzaak van energiezuinige koeling
Nu de wereldwijde temperaturen stijgen en steeds meer mensen zich airconditioning kunnen veroorloven, neemt het gebruik van koelsystemen snel toe. Geschat wordt dat de uitstoot van broeikasgassen door koeling tegen 2050 meer dan kan verdrievoudigen. Daarom werken veel onderzoekers aan passieve koeloplossingen die geen energie vereisen.
Een veelgebruikte methode om gebouwen koeler te houden is het wit verven van daken, zodat ze meer zonlicht reflecteren. Deze aanpak is nog effectiever als daken worden bedekt met materialen die niet alleen zonlicht reflecteren, maar ook infrarode straling uitzenden in het atmosferische transparantievenster. Dit is het golflengtebereik dat niet wordt geabsorbeerd door moleculen in de atmosfeer, zoals kooldioxide.
Hoewel deze materialen een sterk koelend effect hebben op daken die naar boven zijn gericht, zijn ze minder effectief voor muren. Het probleem is dat materialen die goed zijn in het uitzenden van infraroodstraling, vaak ook goed zijn in het absorberen ervan. Bovendien kunnen oppervlakken nabij muren, zoals betonnen trottoirs, veel infraroodstraling uitzenden, wat het effect van deze materialen vermindert.
De innovatieve zigzagoplossing
Cheng en zijn team hebben een oplossing bedacht door muren te ontwerpen met een serie uitstekende zigzagpatronen, parallel aan de grond. Wanneer men deze vanaf de zijkant bekijkt, lijkt het op een trap die schuin omhoog loopt onder een hoek van 45 tot 90 graden.
Het cruciale aspect van dit ontwerp is dat de naar boven gerichte zigs, vergelijkbaar met de treden van de trap, een oppervlak hebben dat veel warmte uitstraalt binnen het atmosferische transparantievenster. De naar beneden en naar buiten gerichte zags hebben daarentegen een oppervlak dat infrarode warmte reflecteert in plaats van deze te absorberen.
Effectiviteit van de zigzagmuur
Om de effectiviteit van hun idee te testen, bouwde het team een model van één meter hoog met zowel zigzag- als platte oppervlakken. Dit model werd gedurende de zomer in New Jersey buiten geplaatst. Uit de tests bleek dat het zigzagoppervlak gemiddeld 2°C koeler bleef over een periode van 24 uur dan het platte oppervlak, en zelfs 3°C koeler tussen 13:00 en 14:00 uur, wanneer de zon het felst is.
Volgens Cheng zijn er verschillende goedkope materialen beschikbaar met de benodigde eigenschappen, waardoor bestaande gebouwen eenvoudig kunnen worden aangepast door het toevoegen van gegolfde panelen. Het effect op de interne koeling zal variëren afhankelijk van andere factoren, zoals de grootte van de ramen van het gebouw, maar simulaties suggereren dat het temperatuurverschil binnenin tot 2°C kan bedragen. Dit kan leiden tot een vermindering van het energieverbruik voor koeling met wel 25%.
De zigzagkoelmuren zijn vooral geschikt voor warmere klimaten, omdat ze in koudere regio’s de behoefte aan verwarming in de winter zouden kunnen vergroten. Om dit probleem aan te pakken, hebben Cheng en zijn collega’s ook een ontwerp voorgesteld met scharnierende “vinnen” die in de winter kunnen worden opgeheven om de warmteabsorptie te verhogen, en in de zomer neergelaten kunnen worden om deze te minimaliseren.
