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低成本无电被动冷却系统实现环境温度以下40°C

现有冷却机制依赖流体冷却和蒸汽压缩系统,复杂昂贵。被动冷却系统如大气辐射制冷利用地球大气中红外波段降温。

多年研究人员尝试开发被动冷却系统,目前仅能用复杂光子仪器构建,制造昂贵难普及。大多旨在完美反射所有波长并发射中红外辐射。但需添加多层材料并纳米级控制厚度。

MIT研究人员现开发新型廉价被动系统,炎热晴天提供冷却,无需燃料动力。可补充其他冷却系统在离网地区储存/保存药品和食品。

理论上系统可提供环境温度以下20°C冷却。演示中实现6°C降温。为进一步降温可用传统热电制冷或冷冻系统。

工作原理

新被动冷却系统仅用放置成90度的小条带阻挡直射阳光,覆盖太阳穿越天空路径。消除跟踪仪器需求。

结合抛光铝、低成本塑料薄膜、绝缘材料的简单白色装置,通过8-13微米波长段地表物体辐射发射光谱重叠,实现足够中红外范围热辐射发射。

在系统上放置遮阳伞并辅以绝缘,研究人员使日间冷却更有效。室外实验发现系统有效阻挡直射阳光同时持续向天空发射中红外波长。

参考:Nature Communications | doi:10.1038/s41467-018-07293-9 | MIT

几十年前科学家仅开发减少加热系统。现在聪明利用遮阳配合光过滤机制降温。

局限性与应用

图片来源:Bikram Bhatia / MIT

系统在潮湿大气中不正常工作。空气减少红外发射量,将冷却限制在环境温度以下20°C。但干燥环境可产生高达40°C冷却。

也不能用于冷却整栋房屋或建筑。仅用于制冷应用,如炎热离网地区储存食品药品。虽方法不足以将温度降至所需水平,但至少能减轻现有冷却系统负载,仅提供最后阶段冷却。

也可用于聚光光伏系统:特殊镜子聚焦阳光到太阳能电池提高效率。此类系统常过热需定期热管理。被动冷却系统易控制加热问题,消除主动热管理需求。

延伸阅读:若不彻底现代化,空调将使地球2100年升温0.5°C

未来几年研究人员将尝试改进系统。最大挑战是发现能防止整个系统因外部空气过热的绝缘材料。


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