未來這種無電技術可以幫助城市地區(qū)的建筑物降溫

工程師們已經(jīng)設計了一個新系統(tǒng)，可以幫助人們在擁擠的大城市地區(qū)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(chuàng)新。

該系統(tǒng)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(nèi)。該膜有助于通過吸收盒子內(nèi)部空氣的熱量來保持周圍環(huán)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(fā)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(huán)境，”聯(lián)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(xiàn)冷卻。”

“我們系統(tǒng)的創(chuàng)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(fā)射輻射的方法。這使得該系統(tǒng)在城市環(huán)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(fā)現(xiàn)它們表現(xiàn)非常好。“

總之，工程師設計的避難所和箱式系統(tǒng)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(tǒng)單元以覆蓋屋頂。

該研究將發(fā)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。該研究部分由科學基金會資助。

一種在白天和擁擠的環(huán)境中工作的系統(tǒng)

新的被動冷卻系統(tǒng)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(qū)如何發(fā)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(xiàn)輻射冷卻，”宋說。“但白天降溫是一項挑戰(zhàn)，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(fā)光材料。我們的系統(tǒng)解決了這些挑戰(zhàn)。“

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(shù)字上升到大約11攝氏度(大約20華氏度)。

創(chuàng)新的架構如何推動輻射冷卻

新的輻射冷卻系統(tǒng)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(fā)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(nèi)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(fā)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(tǒng)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(tǒng)在擁擠區(qū)域的性能。“