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未來這種無電技術可以幫助城市地區的建筑物降溫

  • 科技
  • 2019-08-07 18:46:39

工程師們已經設計了一個新系統,可以幫助人們在擁擠的大城市地區為建筑物降溫而不消耗電力,這是城市努力適應氣候變化的重要創新。

該系統由一種特殊材料 - 一種廉價的聚合物/鋁膜 - 安裝在專門設計的太陽能“避難所”底部的盒子內。該膜有助于通過吸收盒子內部空氣的熱量來保持周圍環境的涼爽。將這種能量通過地球大氣傳播到外太空。避難所具有雙重用途,有助于阻擋入射的陽光,同時還可以將從膠片發出的熱輻射照射到天空中。

“聚合物保持涼爽,因為它通過熱輻射散熱,然后可以冷卻環境,”聯合第一作者,布魯洛大學工程與應用科學學院電氣工程博士候選人Lyu Zhou說。“這被稱為輻射或被動冷卻,它非常有趣,因為它不消耗電力 - 它不需要電池或其他電源來實現冷卻。”

“我們系統的創新之一就是能夠有目的地將熱量排放到天空,”首席研究員Qiaoqiang Gan博士說,他是電氣工程副教授。“通常,熱量排放在各個方向傳播。我們找到了一種在窄方向上發射輻射的方法。這使得該系統在城市環境中更有效,在所有城市都有高層建筑。我們使用低成本的商用材料,發現它們表現非常好。“

總之,工程師設計的避難所和箱式系統的尺寸約為18英寸(45.72厘米),10英寸寬,10英寸長(25.4厘米)。為了冷卻建筑物,需要安裝多個系統單元以覆蓋屋頂。

該研究將發表在Nature Sustainability上。該研究是UB的Gan團隊,沙特阿拉伯國王阿卜杜拉科技大學(KAUST)的Boon Ooi團隊和威斯康星大學麥迪遜分校的Zongfu Yu團隊之間的國際合作。與周先生一起,共同的第一作者是Haomin Song博士,UB電子工程研究助理教授,以及KAUST的Jianwei Liang。該研究部分由國家科學基金會資助。

一種在白天和擁擠的環境中工作的系統

新的被動冷卻系統解決了該領域的一個重要問題:輻射冷卻在白天和擁擠的城市地區如何發揮作用。

“在夜間,輻射冷卻很容易,因為我們沒有太陽能輸入,因此熱量排放剛剛消失,我們很容易實現輻射冷卻,”宋說。“但白天降溫是一項挑戰,因為陽光燦爛。在這種情況下,您需要找到防止屋頂升溫的策略。您還需要找到不吸收太陽能的發光材料。我們的系統解決了這些挑戰。“

在白天放置在室外時,散熱膜和太陽能避難所有助于將小型封閉空間的溫度降低最多約6攝氏度(11華氏度)。到了晚上,這個數字上升到大約11攝氏度(大約20華氏度)。

創新的架構如何推動輻射冷卻

新的輻射冷卻系統包含許多光學上有趣的設計特征。

其中一個中心組件是聚合物/金屬薄膜,它由涂有透明聚合物的鋁板制成,稱為聚二甲基硅氧烷。鋁反射陽光,而聚合物吸收并散發周圍空氣的熱量。

工程師將材料放置在泡沫箱的底部,并在箱子頂部豎立一個太陽能“避難所”,使用太陽能吸收材料構建四個向外傾斜的墻壁,以及在這些墻壁內的倒置方形錐體。

這種架構有兩個目的:首先,它有助于海綿照射陽光。其次,墻壁和圓錐的形狀直接由薄膜向天空發出的熱量。

“如果你看一下你汽車的前照燈,它有一定的結構,可以讓它將光導向某個方向,”甘說。“我們遵循這種設計。我們的光束整形系統的結構增加了我們進入天空的途徑。引導排放的能力提高了系統在擁擠區域的性能。“

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