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直接把热量排到外太空的空调,还不用电? | 创技术
金陵 2017-09-19
导语

不用怀疑,一切符合热力学第二定律!

斯坦福大学的范汕洄教授团队开发了一种几乎反射全部阳光的薄膜,贴在材料外面,材料丝毫不会被阳光加热,反而通过辐射天空冷却原理,把自身的温度降到比周围环境还低3~5℃。

图片来源:Dori/WikimediaCommons

这是辐射雾(radiationfog),有时在晴朗无风无云的日落出现,在无云的夜晚尤其明显。辐射雾的形成原理是:靠近地面的空气将热量以热辐射的形式散失到外层大气中,温度降低,空气中的水蒸气凝集形成水珠。

人体每时每刻都会发出这种辐射。当周围环境的温度越低,热辐射的强度就越大。浩瀚外太空的温度接近绝对零度,因此大量的热从地球上不断流入到宇宙中。这一过程遵循热力学第二定律,不需要额外做功。

▍太空是个大冷源

就是因为这一点,科学家开始尝试利用辐射天空冷却构建不消耗能量,或者消耗很少能量的冷却系统。

这里有一个明显的问题需要解决。在阳光明媚、天气炎热的日子,辐射天空冷却降温的速度远远比不上光照加热的速度。

图:反射约97%的薄膜 来源:斯坦福大学

为了解决这个问题,从2013年,在斯坦福大学有着自己实验室的范汕洄教授和研究助理阿斯沃斯·拉曼(AswathRaman)以及伊莱·戈德斯坦(EliGoldstein)开发了一种多层光学薄膜,能够反射约97%的入射光,从而让材料通过辐射天空冷却,持续降温。在2014年的一项研究中,范汕洄团队证明了,在晴朗的天气下,这种光学表面也能够将自身的温度冷却到比周围环境还低。

▍做一个不用电的空调

在此基础上,范汕洄团队开始寻找将这种技术规模化的方法,从而并入更大的冷却系统。

图:在屋顶实验的面板 来源:斯坦福大学

在他们最新的论文中,他们把涂有这种特殊光学表面的面板安装在自来水管上面,在帕卡德电器工程大楼的楼顶进行了测试。测试结果显示,随着水流以相对较快的速度流过,4块0.6米的面板能在3天内将水温降低到比环境温度低3~5℃。

接着,范汕洄团队用实验数据模拟将面板覆盖在拉斯维加斯一栋两层高的商业办公楼的楼顶,并接入楼层的冷却系统。当使用面板冷却系统的冷凝器时,他们计算出,在夏季,面板冷却系统将节省14.3兆瓦电,即建筑物消耗的冷却电力减少21%。

▍用技术征服市场

范汕洄教授和拉曼意识到他们的技术有着的巨大市场,并于2016年成立了SKYCOOLSYSTEMS初创公司。根据Pitchbook统计的数据,公司已经募集到了500万美金。

目前,SKYCOOLSYSTEMS正致力于让它的面板能够更容易地与标准空调和冷却系统集成起来,并希望尽快应用于数据中心。

文章链接:

Eli A. Goldstein, et al, "Sub-ambient non-evaporative fluid cooling with the sky," Nature Energy 2, Article number: 17143 (2017), doi:10.1038/nenergy.2017.143

(本文来源:微信公众号“创新地标”;)

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  • 光学薄膜
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作者 金陵

本科生

北京大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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