Dann hat man zwei Modellhäuschen (mit einer Dachfläche von nur 42cm²) gebaut und mit diesen Schichten versehen:
(Quelle: Rotzetter et al., s.u.)
Diese Modellhäuschen wurden jetzt mit einer Strahlung von 1 kW pro Quadratmeter bestrahlt, das ist etwa das Maximum dessen, was die Sonne an Strahlungsliestung liefert. (Wer Spaß hat, kann diesen Wert übrigens abschätzen – als Eingangswissen reicht, dass die Sonne pro Sekunde 4 Millionen Tonnen Masse in Energie umwandelt und dass die Erdumlaufbahn einen Radius von 150 Millionen Kilometern hat, das ist ein nettes Fermi-Problem. (Auflösung der Rechnung gibt’s unten.))
Hier sehr ihr den Temperaturverlauf der Häuschen über drei Stunden:
(Quelle: Rotzetter et al., s.u.)
Links das Häuschen mit dem gewöhnlichen Hydrogel, rechts das schwitzende Häuschen.
Wie ihr seht, bleibt das Häuschen vor allem an Anfang deutlich kühler; erst nach drei Stunden erreicht das Dach dieselbe Temperatur wie das ungeschützte Häuschen.
Ein etwas präziserer Messaufbau (dafür weniger hübsch) wurde auch probiert, dabei wurden die Hydrogel-Schichten von oben bestrahlt und dann unten die Temperatur gemessen. Auch hier erreichte das schwitzende Dach an der Unterseite erst nach drei Stunden die Temperatur des Dachs, das mit einem normalen Hydrogel ausgestattet war. Allerdings wurde es danach sogar heißer, weil das normale Hydrogel ja auch einen gewissen Wärmedämmeffekt hat, der beim schwitzenden Hydrogel verloren geht, wenn alles Wasser verdunstet ist.
Der Unterschied zwischen einem normalen Hydrogel und dem schwitzenden Hydrogel wird auch in dieser Grafik noch einmal deutlich:
(Quelle: Rotzetter et al., s.u.)
Oben seht ihr das normale Hydrogel. Unter Sonneneinstrahlung trocknet es an der Oberfläche aus und bildet dann dort eine dichte Polymerschicht, die kein weiteres Wasser durchlässt. Das “schwitzende” Hydrogel dagegen bildet so eine Schicht nicht, so dass Wasser immer weiter verdunsten kann. Wie bei einem schmelzenden Eisblock bleibt die Temperatur dabei konstant, bis alles Wasser verdunstet ist.
Und wie bekommt man das Zeug wieder voll, wenn das Wasser verdunstet ist?
Das Hydrogel kann sich selbst mit Wasser wieder aufladen, genau wie die vertrocknete Kontaktlinse. In den Tropen regnet es ja oft am Nachmittag, und die Versuche zeigen, dass sich das Hydrogel bereits bei relativ kurzer Regeneinwirkung wieder regeneriert. In Gegenden, wo kein Wassermangel herrscht, kann man sich auch eine Berieselungsanlage für das Dach vorstellen. Eine andere (noch bessere) Möglichkeit sind Hydrogele, die sich die Feuchtigkeit direkt aus der Luft holen können, wenn es nachts abkühlt. Diese Gele sind aber noch in der Entwicklung.
Eine Modellrechnung mit einem normalgroßen Haus (100m² Dachfläche) zeigt, dass man mit einem solchen Mechanismus zur Kühlung der Innenräume auf 20°C etwa 60% der Energie gegenüber einer Klimaanlage sparen kann – das ist ja schon ganz beachtlich. Das “schwitzende” Haus ist also auf jeden Fall eine vielversprechende Idee.
A. C. C. Rotzetter, C. M. Schumacher, S. B. Bubenhofer, R. N. Grass, L. C. Gerber, M. Zeltner, and W. J. Stark
Thermoresponsive Polymer Induced Sweating Surfaces as an Efficient Way to Passively Cool Buildings
Adv. Mater. 2012, DOI: 10.1002/adma.201202574
Hier die kleine Rechnung zur Strahlungsleistung der Sonne:
4 Millionen Tonnen Masse sind 4e9 kg. (Ich verwende die einfache e-Schreibweise für zehn-hoch: 1e2=10²=100) Nach Einstein ist E=mc², also
E= 4e9* 3e8*3e8 = 36 e25 = 3,6e26 Joule pro Sekunde, also 3,6e26 Watt
Diese Strahlungsleistung geht nach Außen weg und verteilt sich im Erdabstand über eine Kugeloberfläche mit Radius 150 Millionen Kilometer, also 1,5e11 Meter. (Bei solchen Abschätzungen immer in SI-Einheiten umrechnen.)
Die Fläche ist also 4πr²= 12 *1,5e11 * 1,5e11 = 12 * 2,25 e22 = 2,5e23 m² (Ja, 4 π ist so etwa gleich 12.)
Pro Quadratmeter haben wir also 3,6e26/2,5e23 = 3,6*4/10 * 1e3 = 1,4e3
also 1400 Watt pro Quadratmeter. An der Erdoberfläche kommt davon nicht alles an, wegen der Absorption in der Erdatmosphäre, so dass der maximal mögliche Wert auf der Erdoberfläche etwas darunter liegt.
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