Kühlung durch selektive IR-Emission

Durch Abstrahlung von Wärme kann Wasser in wolkenlosen Nächten auch dann gefrieren, wenn die umgebende Lufttemperatur etwas über dem Gefrierpunkt liegt. Auf diese Weise wurde z. B. in Indien traditionell Eis hergestellt. Zum weitaus größten Teil wird Wärme durch Infrarotlicht der Wellenlänge 8 bis 13 µm abgestrahlt, das durch die Gase in der Atmosphäre nicht gebremst wird und geradewegs in den Weltraum gelangt. Das Gegenstück dieses sogenannten atmosphärischen Fensters ist das optische Fenster, durch das ein Großteil der Sonnenstrahlung – das sichtbare Licht und die Nah-Infrarot-Strahlung – weit­gehend ungehindert auf die Erde bzw. bis zur Wolkendecke scheint, während die meiste UV-Strahlung in der Ozonschicht absorbiert wird.

Die vorindustrielle Gefriertechnik erscheint jetzt wieder interessant, weil sie Energie sparen kann. Physiker in Kalifornien haben eine stromlose Kältemaschine konstruiert, die draußen im Schatten aufgestellt werden muss. Sie ist so konstruiert, dass sie möglichst wenig Sonnenwärme aufnimmt und möglichst viel IR-Strahlung emittiert. Es handelt sich um einen nahezu luftleeren Stahlzylinder (10^-6 Torr), der oben mit einem Deckel aus Zinkselenid (ZnSe) verschlossen ist; darunter befinden sich mehrere dünne Keramikplatten, die die Nah-IR-Strahlung reflektieren. ZnSe ist ein selektiver Emitter, denn er lässt vor allem elektromagnetische Strahlung der Wellen­länge 5 bis 20 µm durch. Auf diese Weise gelang es, die Temperatur im Zylinder im Verlauf eines Tages durchschnittlich 37,4 °C unter der Außentemperatur zu halten. Während der höchsten Sonnenstrahlung betrug der Unterschied sogar 42,2 °C.

Für kommerzielle Anwendungen wäre das ZnSe viel zu teuer. Alternativen wären Silicium oder Germanium, die ebenfalls selektive Emitter im frag­lichen Wellenbereich sind. |