新系统可以在不耗电的情况下为拥挤的大都市地区的建筑物降温

2019-10-10 09:37:25

工程师们设计了一种新系统,该系统可以在不耗电的情况下为拥挤的大都市地区的建筑物降温,这是在城市致力于适应气候变化之时的一项重要创新。

该系统由一种特殊的材料-一种廉价的聚合物/铝膜-安装在专门设计的太阳能“保护装置”底部的盒子内。该薄膜通过吸收盒子内空气的热量并将能量通过地球大气层传输到外层空间,从而帮助保持周围环境凉爽。庇护所具有双重目的,既可以阻挡入射的阳光,又可以将胶卷发出的热辐射束射向天空。

布法罗工程与应用科学大学大学电气工程博士学位的第一作者,共同第一作者Lyu Zhou说:“聚合物通过热辐射消散热量时保持凉爽,然后可以冷却环境。” “这被称为辐射或被动冷却,它非常有趣,因为它不消耗电力-它不需要电池或其他电源即可实现冷却。”

UB电气工程副教授,首席研究员Gan Qiaoqiang Gan博士说:“我们系统的创新之一是能够将热量直接定向向天空。“通常,热辐射会向各个方向传播。我们已经找到了一种在狭窄方向上进行辐射的方式。这使该系统在四面都有高楼大厦的城市环境中更加有效。我们使用低成本,可商购的材料,并发现它们的性能非常好。”

总而言之,工程师设计的避难所和盒子系统约高18英寸(45.72厘米),10英寸宽和10英寸长(25.4厘米)。为了给建筑物降温,需要安装系统的许多单元以覆盖屋顶。

这项研究将于8月5日发表在《自然可持续性》上。这项研究是UB的Gan小组,沙特阿拉伯的阿卜杜拉国王科技大学的Boon Ooi小组和威斯康星大学麦迪逊分校的Zongfu Yu小组之间的国际合作。联合第一作者是UB电气工程研究助理教授宋浩敏博士和KAUST的梁建伟。这项研究部分由国家科学基金会资助。

在白天和拥挤的环境中都能运行的系统

新的被动制冷系统解决了该领域的一个重要问题:辐射制冷如何在白天和拥挤的市区中发挥作用。

Song说:“在夜晚,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,因为阳光明媚。在这种情况下,您需要找到防止屋顶升温的策略。您还需要找到不吸收太阳能的发光材料。我们的系统可以应对这些挑战。 ”

白天放置在室外时,发热膜和太阳能遮蔽板可将封闭的小空间内的温度降低最多约6摄氏度(11华氏度)。到了晚上,这个数字上升到大约11摄氏度(大约20华氏度)。

创新架构如何推动辐射散热

新的辐射冷却系统具有许多有趣的光学设计特征。

中心组件之一是聚合物/金属膜,它由涂有透明聚合物(称为聚二甲基硅氧烷)的铝板制成。铝反射阳光,而聚合物吸收和散发周围空气的热量。工程师将材料放置在泡沫箱的底部,并在泡沫箱的顶部竖立了一个太阳能“棚架”,使用吸收太阳能的材料构造了四个向外倾斜的壁,以及在这些壁内的倒置方形圆锥体。

该体系结构具有双重目的:首先,它有助于吸收阳光。其次,壁和圆锥的形状将胶片散发的热量引向天空。

甘说:“如果你看着汽车的前灯,它就具有某种结构,可以将光指向某个方向。” “我们遵循这种设计。光束整形系统的结构增加了我们通往天空的能力。定向辐射的能力提高了系统在拥挤区域的性能。”

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