新型太阳能结构可在充满阳光的情况下为建筑物降温

没有空调的房屋和建筑物被冷藏。没有的汽车内饰’在夏日的阳光下变热。挖掘寒冷的外层空间以冷却星球。你说科幻小说吗?好吧,也许不再了。

斯坦福大学的研究人员团队设计了一种全新的冷却结构,即使在阳光普照的情况下也可以冷却。这种结构可以通过将阳光反射回寒冷的空间中来极大地改善建筑物,汽车和其他结构的日光冷却。其 描述该设备的论文于3月5日发布纳米字母.

“人们通常将太空视为太阳的热源,但是远离太阳的外太空确实是一个寒冷,寒冷的地方,” explained 范善辉,电气工程学教授和论文’s senior author. “We’ve开发了一种新型结构,可反射绝大多数阳光,同时又将热量传递到这种寒冷中,即使在白天也能冷却人造结构。”

从工程的角度来看,这个技巧是双重的。首先,反射器必须反射尽可能多的阳光。反射器不良会吸收过多的阳光,在此过程中会发热并无法达到冷却的目的。

第二个挑战是结构必须有效地将热量(例如,从建筑物中)散发出回太空。因此,该结构必须在大气几乎透明的特定波长范围内非常有效地发射热辐射。在此范围之外,热辐射与地球相互作用’的气氛。大多数人都熟悉这种现象。它’众所周知的温室效应是全球气候变化的原因。

二合一目标

新的结构同时实现了这两个目标。这是一种有效的宽带光镜,可反射大部分阳光。它还能在逃离地球所需的关键波长范围内非常有效地发出热辐射’s atmosphere.

新型太阳能结构可在充满阳光的情况下为建筑物降温作为缓解气候变化的策略,已经广泛研究了夜间的辐射制冷,但白天制冷需求达到峰值。

“尚无人能克服日光辐射冷却的挑战–日照时的冷却,”范博士的候选人伊登·雷法利(Eden Rephaeli)说’实验室,是该论文的第一作者。“It’s a big hurdle.”

斯坦福大学的研究团队已经成功地转向了纳米结构的光子材料,从而在其他方面脱颖而出。可以对这些材料进行工程设计,以增强或抑制某些波长的光反射。

“We’与以前在该领域的努力相比,采取了截然不同的方法,”范博士的候选人Aaswath Raman说’实验室,是该论文的第一作者。“我们将热辐射器和太阳能反射器组合到一个设备中,使其既具有更高的性能,又具有更强的实用性。特别是,我们’非常激动,因为这种设计使工业规模和离网应用都可行。”

使用经过工程设计的纳米光子材料,该团队能够强烈抑制面板吸收多少热量诱导的阳光,同时它在逃离地球所需的关键频率范围内非常有效地辐射热量。’的气氛。该材料由石英和碳化硅制成,它们都是非常弱的阳光吸收剂。

净冷却功率

新设备能够实现每平方米超过100瓦的净冷却功​​率。相比之下,今天’标准的效率为10%的太阳能电池板产生的电量大致相同。那就是范’从理论上讲,可以在屋顶上代替辐射式散热板,而现有的太阳能板可以向建筑物的制冷系统提供电力。

换句话说,在夏季最热的时候,只有10%的屋顶被辐射冷却板覆盖的典型的单层独栋房屋可以抵消35%的全部空调需求。

辐射冷却相对于其他冷却设备(例如空调)具有另一个重要优势。它是一种被动技术。它不需要能量。它没有活动部件。易于维护。您将其放在屋顶或建筑物的侧面,即可立即开始工作。

不断变化的冷却视野

除了商业意义之外,范先生和他的合作者还预见了广泛的潜在社会影响。地球上的大部分人口生活在拥挤在赤道周围的阳光普照的地区。在这些地方,驱动空调的电力需求激增,这对经济和环境构成了挑战。这些地区往往很贫瘠,而驱动冷却所需的电力通常意味着化石燃料发电厂,加剧了温室气体问题。

“除了这些区域之外,我们可以预见在发展中国家甚至无法进行空调的离网区域,辐射冷却的应用。有很多人可以从此类系统中受益,” Fan said.


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