跳到主要内容

话题

 对于能量

对于能量

通过将热量送入外太空来保持建筑物冷却

06 Sep 2017
屋顶冷却面板的照片
酷跑:屋顶冷却面板

大约15%的世界’S用于冷却的电力,使空调系统更有效地可以缓解未来的能源需求。一群科学家在阳光灿烂的加利福尼亚州,它可以通过“radiative cooling” - 一种过程,需要通过红外发射将不需要的热量传送到外层空间的寒冷的外部电源。研究人员已经表明,能够在红外线中同时发光的几乎所有来自太阳的进入辐射的装置可以通过至少五分之一来减少空调的电力消耗。

对象利用根据物体在特定波长处峰值的光谱发射电磁辐射’温度。辐射冷却利用室温下的峰值位于窄范围内的红外波长(8-13μm),通过地球’硕的气氛相对较少。这允许在外面放置在外部的物体,该目的是将其热能的显着分数失去到外部空间,其具有3 k的温度用作巨大的散热器。

这一原则已被利用多年来凉爽的建筑物和其他物体。物体简单地由合适的隔热绝缘层覆盖,以确保它们发射到太空中的能量不是通过对流和传导来反对平衡,这通常将它们保持在热平衡中。以这种方式,它们可以通过低于环境温度的多达15°冷却。

热门

然而,在白天做同样的事情 - 在最需要冷却时 - 已经证明了更加困难。大多数易于发射辐射的材料也是阳光吸收的好吸收剂,它们输出到外部空间的热量往往受到从太阳吸收的能量的严重超值。诀窍是找到一个是一个良好的太阳能反射器的材料,但也可以在红外发射。例如银等金属满足前一个条件,但不是后者。

三年前, 山水粉丝 斯坦福大学的同事表明,实际上有可能拥有你的蛋糕并吃它。它们开发了仅1.8μm厚的材料,由七层二氧化硅和氧化铪放置在条子顶部,反映了97%的阳光撞击,同时发出红外光谱的相关部分。通过使用聚乙烯,木材和空气来绝缘胶片,并将其放在斯坦福的屋顶上在阳光明媚的冬天’第一天,研究人员发现它们可以将其冷却至近5°以下的环境温度。

然而,粉丝说,开发设备本身只是一部分挑战。如果该设备用于冷却建筑物,他指出了需要机制“将寒冷从外面带到内部”。因为许多现代建筑都非常绝缘,所以他说简单地冷却他们的屋顶不会降低其内部温度。

冷却水

在最新的研究中,他和他的同事反而利用了许多建筑已经包含空调系统的事实。他解释说,这个想法是为了辐射地冷却在一些大型空调中使用的水,以降低制冷剂冷凝器的温度。为了测试思想,风扇和同型工人用挤出的共聚物将其先前器件的二氧化硅和铪氧化物交换 - 具有相似的光子性能,但更容易缩放 - 然后加入热交换器和绝缘外壳以产生一些人“cooling panels”,每个大约三分之一的米平方米。

回到他们的斯坦福屋顶,研究人员将三个面板连接在一起并通过热交换器泵送水。他们发现,对于高达约30°的空气温度,它们可以将流水冷却到3-5°之间 - 它们说,平等为每平方米的面板的冷却功率约70W。之后,它们将这些数字插入模型中,模拟了在热和干燥拉斯维加斯的两层办公楼的空调系统,并计算了面板可以将电消耗降低21%。

粉丝和同事不是唯一在白天辐射冷却的人。今年早些时候,在科罗拉多大学博尔德大学 报告平均冷却功率为110瓦/米2 从含有二氧化硅球的银背的聚合物膜,使用卷卷制成。但科罗拉多队成员 小波尹 赞美斯坦福小组“exciting progress”随着水性示范,同意技术“可能会与建筑空调系统集成”.

“Good option”

根据 eli yablonovitch 在加利福尼亚大学,伯克利,辐射冷却可能与太阳能有竞争力。他解释说,太阳能电池板具有更高的功率密度,但仅贡献每天大约四分之一的能量,而辐射设备可以连续冷却水。他说,对于炎热的干燥气候,可以制造它们“a good option”作为节能技术。

粉丝承认他的小组必须在其设备进入市场之前克服许多障碍,包括证明其可靠性。但他和他的两个共同作者 - Eli Goldstein和Aaswath Raman - 仍然建立了一家称为Skycool Systems的公司,以将技术商业化。在价格方面,拉曼是看涨,声称这些设备将在较低的电费中恢复其成本“several years” of switching on.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者