加州大學(xué)洛杉磯分校工程師開發(fā)創(chuàng)新型新型建筑冷卻技術(shù)
一種低成本的方法是利用吸收或輻射熱量的常見建筑材料來(lái)調(diào)節(jié)溫度。
隨著全球氣溫升高,對(duì)可持續(xù)制冷解決方案的需求也在增加。加州大學(xué)洛杉磯分校的一組研究人員及其合作者開發(fā)了一種經(jīng)濟(jì)高效且可擴(kuò)展的方法,可以在夏季為建筑物降溫,在冬季為建筑物供暖。
該研究小組由加州大學(xué)洛杉磯分校薩繆爾利工程學(xué)院材料科學(xué)與工程副教授 Aaswath Raman 領(lǐng)導(dǎo),最近在《細(xì)胞報(bào)告物理科學(xué)》上發(fā)表了一項(xiàng)研究,詳細(xì)介紹了一種通過(guò)操縱輻射熱通過(guò)常見建筑材料的運(yùn)動(dòng)以優(yōu)化熱管理的新方法。
輻射熱是由電磁波傳播的,當(dāng)熱表面使我們的身體和房屋變暖時(shí),我們就能感覺到它,它在地面的整個(gè)寬帶頻譜中傳播,傳播范圍從建筑物到其周圍環(huán)境,例如街道和鄰近建筑。另一方面,熱量在紅外光譜的較窄部分(稱為大氣傳輸窗口)內(nèi)在建筑物和天空之間移動(dòng)。建筑物和天空之間以及地面之間輻射熱傳播方式的差異長(zhǎng)期以來(lái)一直對(duì)面向天空的表面較少的建筑物的制冷構(gòu)成挑戰(zhàn)。這些建筑物在夏季很難降溫,因?yàn)楫?dāng)室外溫度較高時(shí),它們會(huì)保留來(lái)自地面和鄰近墻壁的熱量。在冬季,它們也同樣難以取暖,因?yàn)槭彝鉁囟认陆担ㄖ飼?huì)失去熱量。
歷史背景與現(xiàn)代創(chuàng)新
“如果我們看看希臘的圣托里尼島或印度的焦特布爾等歷史名城,就會(huì)發(fā)現(xiàn)通過(guò)讓屋頂和墻壁反射陽(yáng)光來(lái)給建筑物降溫的做法已經(jīng)實(shí)行了幾個(gè)世紀(jì),”加州大學(xué)洛杉磯分校薩繆爾分校拉曼實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人拉曼說(shuō)。“近年來(lái),人們對(duì)反射陽(yáng)光的涼爽屋頂涂層產(chǎn)生了濃厚的興趣。但冷卻墻壁和窗戶是一個(gè)更微妙、更復(fù)雜的挑戰(zhàn)。”
然而,由于在屋頂上使用超白涂料反射陽(yáng)光并將熱量輻射到天空中可以成功為建筑物降溫,研究人員開始通過(guò)在墻壁和窗戶上涂上可以更好地管理建筑物與地面周圍環(huán)境之間熱量移動(dòng)的材料來(lái)創(chuàng)造類似的被動(dòng)輻射冷卻效果。研究人員證明,能夠在大氣窗口內(nèi)優(yōu)先吸收和發(fā)射輻射熱的材料在夏季可以比傳統(tǒng)建筑材料更涼爽,在冬季可以比傳統(tǒng)建筑材料更溫暖。
“當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)像聚丙烯這樣的材料(我們從家用塑料中獲取)可以非常有效地選擇性地輻射或吸收大氣窗口內(nèi)的熱量時(shí),我們特別興奮,”拉曼說(shuō)。“這些材料近乎平凡,但同樣的可擴(kuò)展性使它們變得常見,也意味著我們可以在不久的將來(lái)看到它們用于建筑物的溫度調(diào)節(jié)。”
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