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Impact of Parasitic Heat Fluxes on Deep Sub-ambient Radiative Coolers under variable Pressure

Banik, Udayan und Meddeb Dite Hasanet, Hosni und Berends, Dennis und Reininghaus, Nies und Sergeev, Oleg und Busch, Luisa und Gehrke, Kai und Vehse, Martin und Agert, Carsten (2023) Impact of Parasitic Heat Fluxes on Deep Sub-ambient Radiative Coolers under variable Pressure. Applied Thermal Engineering. Elsevier. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2023.121655. ISSN 1359-4311.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich bis 30 September 2025 - Postprintversion (akzeptierte Manuskriptversion)
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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431123016848

Kurzfassung

Passive daytime radiative cooling has proven to be a promising technology which allows objects to cool down by shedding heat to space, acting as a large thermal sink. However, the end equilibrium temperature of a radiative sky cooler (RSC) is limited by the parasitic heat fluxes. Operating RSC in vacuum suppresses the convective heat fluxes, but realizing commercial deep sub-ambient RSC system is rather challenging due to system complexity and sub-component material constraints. In this work, the behavior of the RSC under varying pressure and sub-component system parameters like thermal conductivity of medium and holder and back reflectors is studied. An analytical model is developed taking these parameters as input to analyze and predict RSC performance. A spectrally selective RSC with silver back reflector and polysilazane polymer as emitter having emissivity of 0.85 in the atmospheric window is fabricated to study its deep sub-ambient cooling performance. Through sequential measurements done under controlled environment using liquid nitrogen as cryogenic heat sink, the influence of individual parasitic heat fluxes on the RSC under variable pressure is comprehensively investigated. A sub-ambient cooling of 10°C under ambient pressure, and 33 °C at a decreased pressure of 1.63 × 10-3 Pa was achieved. The experimental results are in good agreement with our modeled prediction. Subjected on intended usage and desired cooling performance from the RSC system, a rational design of sub-components and operational pressure regimes can be suggested from this study. We believe that these findings have multiple practical implications for designing future deep sub-ambient RSC systems and explores scopes for optimization.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/197530/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Impact of Parasitic Heat Fluxes on Deep Sub-ambient Radiative Coolers under variable Pressure
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Banik, UdayanUdayan.Banik (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2605-2215143544009
Meddeb Dite Hasanet, HosniHosni.Meddeb (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8939-7910NICHT SPEZIFIZIERT
Berends, DennisDennis.Berends (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9064-0914NICHT SPEZIFIZIERT
Reininghaus, NiesNies.reininghaus (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9509-274XNICHT SPEZIFIZIERT
Sergeev, Olegoleg.sergeev (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5022-6118NICHT SPEZIFIZIERT
Busch, LuisaLuisa.Busch (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gehrke, KaiKai.Gehrke (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0591-8289NICHT SPEZIFIZIERT
Vehse, MartinMartin.Vehse (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0578-6121NICHT SPEZIFIZIERT
Agert, CarstenCarsten.Agert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4733-5257NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 September 2023
Erschienen in:Applied Thermal Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.applthermaleng.2023.121655
Verlag:Elsevier
ISSN:1359-4311
Status:veröffentlicht
Stichwörter:passive daytime radiative cooling, spectrally selective emitters, polysilazane, polymer-derived coating, thin photonic emitters
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Energiesystemdesign
HGF - Programmthema:Digitalisierung und Systemtechnologie
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemtechnologie und -analyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Energiesystemtechnologie
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Vernetzte Energiesysteme > Stadt- und Gebäudetechnologien
Hinterlegt von: Banik, Udayan
Hinterlegt am:04 Okt 2023 15:01
Letzte Änderung:04 Okt 2023 15:01

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