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美开发出制冷新材料 可不用电力为建筑物降温

来源:www.szzcs.com.cn 发布时间:2016-10-28 19:36:00 点击量:738

  一种新的多层材料可在不使用电力的情况下为建筑物降温。图片来源:斯坦福大学

  本报讯 从古希腊时期开始,雪白的屋顶便被用来反射太阳光从而为室内降温。如今,来自美国加利福尼亚的研究人员在这一古老方法中添加了一种现代技术,从而让建筑物在炎炎夏日无须用电即可实现“被动制冷”的效果,实现真正的节能减排。

  科学家研制出一种新的多层涂层,可谓是为制冷打出了一套组合拳。首先,这种新材料几乎能够反射太阳光带来的全部能量。其次,它还能吸收来自建筑物内部的热量,并在不使周围空气升温的前提下将其辐射殆尽。

  由于这项新技术并不需要任何电能,因而能够大大削减修建空调建筑所需的成本——在美国,仅空调的使用便消耗了全部电量的近15%。

  新冷却技术的第一部分——反射——似乎很好理解:这只须看看一面镜子便够了。而第二部分——辐射掉热量——则不太直观。

  建筑物、树木和人体都会以红外线的形式向外辐射热量——这也就是人们在夜视镜中看到的怪异光芒。通常这种红外辐射发生在波长介于6至30微米之间的一个广泛的范围中。由于空气中的分子能够吸收位于这一范围顶部与底部的红外线,因此辐射能够加热周围的环境。然而,波长介于8到13微米的光线却能够穿过空气进入寒冷的广阔空间。

  因此由帕洛阿尔托市斯坦福大学电气工程师Shanhui Fan率领的研究小组,开始着手制造一种同时能够很好地辐射长波长能量的反射镜镀层。他说:“并没有天然材料,既能够反射太阳波长又能够辐射适当长度的热波长。”从而使其逃逸到大气中去。

  为了设计这样一种材料,Fan及其研究团队制造出一种交替着二氧化硅(SiO2)和二氧化铪(HfO2)的7层薄膜,总厚度不超过2微米。研究人员将这些薄膜放置在一个比萨饼盘大小的硅片上面,再在上面加上一个薄银层,其作用相当于一个初始的效果优良的反射镜。其中头4层SiO2和HfO2非常薄,它们被设计用来反射没有被银层反射的几乎全部的入射光线。而这5层薄膜总共能够反射掉97%的入射能量。而另外3层薄膜——两层较厚的SiO2被一个厚HfO2层所分开——的作用则相当于一个散热器,负责吸收来自下方的热量,并以8到13微米的波长再次释放这些能量。

  在实验中,研究人员把这种材料置于建筑物屋顶,它能同时把建筑物内部的红外光散射出去,并反射外部太阳光。在各种各样的测试中,即便在全日照的情况下,这种涂层仍能够使表面下的温度冷却5摄氏度。

  Fan及其同事日前在《自然》杂志网络版上报告了这一技术成果。


  Fan强调,几乎所有能量技术的工作原理都是将热量从一个热的地方转移至一个冷的地方。他说,对于这种新涂层而言,“垃圾场”则在空中,这是一个从地球的任何角落都很容易到达的地方。

  Fan表示,辐射冷却技术已应用多年,在建筑物中很常见。但是他们研发的新型节能材料同时还反射可见光,能把这两种技术结合起来是前所未有的。

  加利福尼亚大学伯克利分校光电工程师Eli Yablonovitch表示:“这是一个非常新颖而简单的想法。”但这种新涂层是否足够便宜从而能够大面积推广尚不得而知。Fan表示,现有的技术便能够完成这项工作。他说,即便用这种新涂层覆盖房顶不容易实现,这项技术依然可以带来更好的空调系统,从而使那些余热能够被释放到空中。