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研究人员一直在探索如何利用具有防晒作用的纳米材料来为建筑物的屋顶散发热量的被动冷却技术,中国建材网,cnprofit.com
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研究人员一直在探索如何利用具有防晒作用的纳米材料来为建筑物的屋顶散发热量的被动冷却技术
2021年05月17日    阅读量:26553    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

布法罗大学工程师领导的新研究在这一领域取得了重大进展。


2月8日发表在《细胞报告物理科学》杂志上的一项研究描述了一种独特设计的辐射冷却系统,该系统具有:


在阳光直射的室外环境中,将测试系统内部的温度降低了12摄氏度(22华氏度)以上。

将用于模拟夜晚的实验室中的测试箱温度降低了14摄氏度(华氏25度)以上中国建材网cnprofit.com

同时捕获了足够的太阳能,可用于将水加热到大约60摄氏度(140华氏度)。

工程师说,虽然测试的系统只有70平方厘米(27.5英寸)平方,但最终可以扩大规模以覆盖屋顶,目的是减少社会对化石燃料进行冷却和加热的依赖。它还可以帮助电力供应有限的社区。


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该研究的主要作者,UB工程与应用科学学院电气工程学教授甘巧强博士说:“在我们的日常生活中非常需要加热和冷却,特别是在变暖的世界中。”


研究团队包括威斯康星大学麦迪逊分校的于宗夫博士。Boon Ooi,沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)博士;以及UB的Gan实验室和KAUST的Ooi实验室的成员。


系统设计和材料是成功的关键


该系统主要由两个反射镜组成,它们由10个极薄的银和二氧化硅层制成,并以V形放置。


这些镜子吸收入射的阳光,将可见光和近红外波中的太阳能转化为热量。镜子还反射来自“发射器”(两个镜子之间的垂直框)的中红外波,然后反射它们携带到天空中的热量。


甘说:“由于中央散热器的两个表面的热量都反射到了天空,因此散热器上的局部冷却功率密度增加了一倍,从而导致了创纪录的高温降低。”


甘说:“大多数辐射冷却系统会散射太阳能,这限制了系统的冷却能力。” “即使有完美的光谱选择,在环境温度为25摄氏度的情况下,冷却功率的上限约为每平方米160瓦。相比之下,这些系统顶部的太阳能约为每平方米1000瓦。简直浪费了。”


分拆公司旨在将技术商业化


Gan联合创立了一家分拆公司Sunny Clean Water LLC,该公司正在寻找合作伙伴将该技术商业化。


“我们系统的关键创新之一是能够将单个系统中不同组件的太阳加热和辐射冷却分离并保留,”共同第一作者,工程学院电气工程博士学位候选人Lyu Zhou说道。和应用科学。“在夜间,辐射冷却很容易,因为我们没有太阳能输入,所以热量散发出去,我们就很容易实现辐射冷却。但是白天的冷却是一个挑战,因为太阳照耀着。在这种情况下,您需要找到将太阳能与冷却区分开的策略。”


这项工作是建立在先前的研究基础上的,Gan的实验室领导的这项研究涉及在拥挤的城市中创建一个圆锥形的系统来实现无电制冷,以适应气候变化。


“新的双面体系结构实现了创纪录的局部冷却功率密度,超过每平方米280瓦。在没有真空热隔离的标准大气压下,我们在实验室环境中将环境温度降低了14.5摄氏度,并且在使用简单的实验系统进行的室外测试中,温度超过了12摄氏度。”另一位第一作者,工程与应用科学学院电气工程研究助理教授宋浩敏博士说。


“重要的是,我们的系统并不仅仅是浪费太阳能输入能量。相反,太阳能被太阳光谱选择镜吸收,并且可以用于太阳能热水,在发展中国家广泛用作节能设备。 ”,甘说。“它可以在不需要电力的单个系统中同时保留太阳能和辐射冷却效果。这实际上是一种冰和杉木的'魔术'系统。”


研究小组将继续研究改善技术的方法,包括研究如何捕获足够的太阳能以煮沸水,使其适合饮用。


这项工作得到了美国国家科学基金会热传输过程计划的资助。


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