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未来这种无电技术可以帮助城市地区的建筑物降温

  • 科技
  • 2019-08-07 18:46:39

工程师们已经设计了一个新系统,可以帮助人们在拥挤的大城市地区为建筑物降温而不消耗电力,这是城市努力适应气候变化的重要创新。

该系统由一种特殊材料 - 一种廉价的聚合物/铝膜 - 安装在专门设计的太阳能“避难所”底部的盒子内。该膜有助于通过吸收盒子内部空气的热量来保持周围环境的凉爽。将这种能量通过地球大气传播到外太空。避难所具有双重用途,有助于阻挡入射的阳光,同时还可以将从胶片发出的热辐射照射到天空中。

“聚合物保持凉爽,因为它通过热辐射散热,然后可以冷却环境,”联合第一作者,布鲁洛大学工程与应用科学学院电气工程博士候选人Lyu Zhou说。“这被称为辐射或被动冷却,它非常有趣,因为它不消耗电力 - 它不需要电池或其他电源来实现冷却。”

“我们系统的创新之一就是能够有目的地将热量排放到天空,”首席研究员Qiaoqiang Gan博士说,他是电气工程副教授。“通常,热量排放在各个方向传播。我们找到了一种在窄方向上发射辐射的方法。这使得该系统在城市环境中更有效,在所有城市都有高层建筑。我们使用低成本的商用材料,发现它们表现非常好。“

总之,工程师设计的避难所和箱式系统的尺寸约为18英寸(45.72厘米),10英寸宽,10英寸长(25.4厘米)。为了冷却建筑物,需要安装多个系统单元以覆盖屋顶。

该研究将发表在Nature Sustainability上。该研究是UB的Gan团队,沙特阿拉伯国王阿卜杜拉科技大学(KAUST)的Boon Ooi团队和威斯康星大学麦迪逊分校的Zongfu Yu团队之间的国际合作。与周先生一起,共同的第一作者是Haomin Song博士,UB电子工程研究助理教授,以及KAUST的Jianwei Liang。该研究部分由国家科学基金会资助。

一种在白天和拥挤的环境中工作的系统

新的被动冷却系统解决了该领域的一个重要问题:辐射冷却在白天和拥挤的城市地区如何发挥作用。

“在夜间,辐射冷却很容易,因为我们没有太阳能输入,因此热量排放刚刚消失,我们很容易实现辐射冷却,”宋说。“但白天降温是一项挑战,因为阳光灿烂。在这种情况下,您需要找到防止屋顶升温的策略。您还需要找到不吸收太阳能的发光材料。我们的系统解决了这些挑战。“

在白天放置在室外时,散热膜和太阳能避难所有助于将小型封闭空间的温度降低最多约6摄氏度(11华氏度)。到了晚上,这个数字上升到大约11摄氏度(大约20华氏度)。

创新的架构如何推动辐射冷却

新的辐射冷却系统包含许多光学上有趣的设计特征。

其中一个中心组件是聚合物/金属薄膜,它由涂有透明聚合物的铝板制成,称为聚二甲基硅氧烷。铝反射阳光,而聚合物吸收并散发周围空气的热量。

工程师将材料放置在泡沫箱的底部,并在箱子顶部竖立一个太阳能“避难所”,使用太阳能吸收材料构建四个向外倾斜的墙壁,以及在这些墙壁内的倒置方形锥体。

这种架构有两个目的:首先,它有助于海绵照射阳光。其次,墙壁和圆锥的形状直接由薄膜向天空发出的热量。

“如果你看一下你汽车的前照灯,它有一定的结构,可以让它将光导向某个方向,”甘说。“我们遵循这种设计。我们的光束整形系统的结构增加了我们进入天空的途径。引导排放的能力提高了系统在拥挤区域的性能。“

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