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無須用電即可實現的“被動制冷”新科技

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無須用電即可實現的“被動制冷”新科技

發布日期:2021-08-07 作者:古麗 點擊:

無須用電即可實現的“被動制冷”新科技

  從古希臘時期開始,雪白的屋頂便被用來反射太陽光從而為室內降溫。如今,來自美國加利福尼亞的研究人員在這一古老方法中添加了一種現代技術,從而讓建筑物在炎炎夏日無須用電即可實現“被動制冷”的效果,實現真正的節能減排。
 
    科學家研制出一種新的多層涂層,可謂是為制冷打出了一套組合拳。首先,這種新材料幾乎能夠反射太陽光帶來的全部能量。其次,它還能吸收來自建筑物內部的熱量,并在不使周圍空氣升溫的前提下將其輻射殆盡。
 
    由于這項新技術并不需要任何電能,因而能夠大大削減修建空調建筑所需的成本——在美國,僅空調的使用便消耗了全部電量的近15%。
 
    新冷卻技術的第一部分——反射——似乎很好理解:這只須看看一面鏡子便夠了。而第二部分——輻射掉熱量——則不太直觀。
 
    建筑物、樹木和人體都會以紅外線的形式向外輻射熱量——這也就是人們在夜視鏡中看到的怪異光芒。通常這種紅外輻射發生在波長介于6至30微米之間的一個廣泛的范圍中。由于空氣中的分子能夠吸收位于這一范圍頂部與底部的紅外線,因此輻射能夠加熱周圍的環境。然而,波長介于8到13微米的光線卻能夠穿過空氣進入寒冷的廣闊空間。
 
    因此由帕洛阿爾托市斯坦福大學電氣工程師Shanhui Fan率領的研究小組,開始著手制造一種同時能夠很好地輻射長波長能量的反射鏡鍍層。他說:“并沒有天然材料,既能夠反射太陽波長又能夠輻射適當長度的熱波長。”從而使其逃逸到大氣中去。
 
    為了設計這樣一種材料,Fan及其研究團隊制造出一種交替著二氧化硅(SiO2)和二氧化鉿(HfO2)的7層薄膜,總厚度不超過2微米。研究人員將這些薄膜放置在一個比薩餅盤大小的硅片上面,再在上面加上一個薄銀層,其作用相當于一個初始的效果優良的反射鏡。其中頭4層SiO2和HfO2非常薄,它們被設計用來反射沒有被銀層反射的幾乎全部的入射光線。而這5層薄膜總共能夠反射掉97%的入射能量。而另外3層薄膜——兩層較厚的SiO2被一個厚HfO2層所分開——的作用則相當于一個散熱器,負責吸收來自下方的熱量,并以8到13微米的波長再次釋放這些能量。
 
    在實驗中,研究人員把這種材料置于建筑物屋頂,它能同時把建筑物內部的紅外光散射出去,并反射外部太陽光。在各種各樣的測試中,即便在全日照的情況下,這種涂層仍能夠使表面下的溫度冷卻5攝氏度。
 
    Fan及其同事日前在《自然》雜志網絡版上報告了這一技術成果。
 
    Fan強調,幾乎所有能量技術的工作原理都是將熱量從一個熱的地方轉移至一個冷的地方。他說,對于這種新涂層而言,“垃圾場”則在空中,這是一個從地球的任何角落都很容易到達的地方。
 
    Fan表示,輻射冷卻技術已應用多年,在建筑物中很常見。但是他們研發的新型節能材料同時還反射可見光,能把這兩種技術結合起來是前所未有的。
 
    加利福尼亞大學伯克利分校光電工程師Eli Yablonovitch表示:“這是一個非常新穎而簡單的想法。”但這種新涂層是否足夠便宜從而能夠大面積推廣尚不得而知。Fan表示,現有的技術便能夠完成這項工作。他說,即便用這種新涂層覆蓋房頂不容易實現,這項技術依然可以帶來更好的空調系統,從而使那些余熱能夠被釋放到空中。

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