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没有电也能工作的冷却系统

导读 它看起来像一个普通的屋顶,但斯坦福大学帕克德电气工程大楼的顶部一直是许多里程碑的发展,创新的冷却技术,可能有一天会成为我们日常生活的一部分。自2013年以来,电气工程教授范山
2020-01-17 19:40:29

它看起来像一个普通的屋顶,但斯坦福大学帕克德电气工程大楼的顶部一直是许多里程碑的发展,创新的冷却技术,可能有一天会成为我们日常生活的一部分。自2013年以来,电气工程教授范山辉和他的学生和研究人员一直在使用这个屋顶作为高科技镜面光学表面的试验台,这可能是低能耗空调和制冷的未来。

2014年发表的研究首次显示了光学表面本身的冷却能力。现在,范和前研究人员AaswathRaman和Eli Goldstein已经表明,涉及这些表面的系统可以将流动的水冷却到低于周围空气的温度。整个冷却过程是在没有电的情况下完成的。

这项研究建立在我们以前的工作与辐射天空冷却,但把它提高到下一个水平。它首次提供了一个高保真技术演示,说明如何使用辐射天空冷却来被动冷却流体,并在这样做时,将其与冷却系统连接起来以节省电力,”拉曼说,他是这篇论文的合著者,详细介绍了这项研究,发表在“自然能源”9月4日。

范、戈尔斯坦和拉曼共同创建了SkyCool系统公司,该公司正在进一步测试和商业化这一技术。

把我们的热量送到太空

辐射天空冷却是一个自然的过程,每个人和每件事都这样做,这是由于分子释放热量的时刻。你可以亲眼目睹它在日落后从路上冒出来的热气。这种现象在没有云的夜晚尤为明显,因为没有云,我们和我们周围的一切散发出的热量可以更容易地通过地球的大气层,一直到广阔而寒冷的空间。

“如果你有非常冷的东西——比如空间——并且你可以向里面散热,那么你就可以在没有任何电力或工作的情况下进行冷却。这篇论文的高级作者范解释道:“热就这么流了。“由于这个原因,从地球流出的热量流向宇宙的量是巨大的。”

虽然我们自己的身体通过辐射冷却向天空和周围环境释放热量,但我们都知道,在一个炎热、阳光明媚的日子里,辐射天空冷却是不会达到它的名字的。这是因为阳光会温暖你,而不是辐射天空冷却会冷却你。为了克服这个问题,该小组的表面使用了一种多层光学薄膜,它能反射约97%的阳光,同时能够通过大气发射表面的热能。没有来自阳光的热量,辐射天空冷却效果可以使冷却低于空气温度,即使在晴天。

“有了这项技术,我们就不再受气温的限制,而是受到更冷的东西的限制:天空和空间,”该论文的合著者之一戈德斯坦说。

2014年发表的实验是使用直径约8英寸的多层光学表面的小晶片进行的,只显示了表面本身是如何冷却的。当然,下一步是扩大技术规模,看看它作为更大的冷却系统的一部分是如何工作的。

让辐射天空降温起作用

作为他们的最新论文,研究人员创建了一个系统,其中覆盖在专业光学表面的面板位于自来水管道上,并于2015年9月在Packard大楼的屋顶上进行了测试。这些面板每边的长度略大于2英尺,研究人员一次运行多达4英尺。随着水以相对较快的速度移动,他们发现面板能够在三天内持续降低水的温度3至5摄氏度低于环境空气温度。

研究人员还将这一实验中的数据应用到了一个模拟中,他们的面板覆盖了拉斯维加斯一栋两层商业办公楼的屋顶——这是一个炎热、干燥的位置,他们的面板最能发挥作用——并为其冷却系统做出了贡献。他们计算出,如果他们使用蒸汽压缩系统和由面板冷却的冷凝器,而不是传统的风冷冷水机组,他们可以节省多少电力。他们发现,在夏天的几个月里,面板冷却系统将节省14.3兆瓦小时的电力,减少21%的电力用于冷却建筑物。在整个期间,日节电量从18%波动到50%。

未来是现在

目前,SkyCoolSystems正在测试测试设施中的面板与传统空调和制冷系统集成时所节省的能量,Fan、Goldstein和Raman乐观地认为,这项技术将在未来几年中找到广泛的适用性。研究人员专注于使他们的面板易于与标准空调和制冷系统集成,他们对将他们的技术应用于冷却数据中心的严肃任务的前景特别兴奋。

范还对辐射冷却技术的其他各个方面进行了研究..他和拉曼已经将辐射天空冷却的概念应用于为太阳能电池创造一种提高效率的涂层。在斯坦福大学的材料科学和工程教授,以及SLAC国家加速器实验室的光子科学教授,范开发了一种冷却织物。

他说:“把宇宙看作是一种巨大的冷却资源,以及许多有趣的、创造性的想法,这是非常有趣的。

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