不用电即可工作的新型降温系统| A New Cooling System Works without Electricity

斯坦福大学帕卡德电气工程大楼的顶部看起来就是一个普普通通的屋顶，但这个特殊的屋顶在一项新兴冷却技术的发展中扮演着里程碑的角色，而这项技术有一天很有可能会成为我们日常生活的一部分。

不用电即可工作的新型降温系统| A New Cooling System Works without Electricity

斯坦福大学帕卡德电气工程大楼的顶部看起来就是一个普普通通的屋顶，但这个特殊的屋顶在一项新兴冷却技术的发展中扮演着里程碑的角色，而这项技术有一天很有可能会成为我们日常生活的一部分。

斯坦福大学设计的流体冷却面板被放置在帕卡德电气工程大楼的屋顶上进行测试| 照片来源：AaswathRaman

自2013年以来，电气工程教授范汕洄、他的学生和一众研究人员将这个屋顶作为一种高科技镜面光学表面的测试台，这种光学表面可能会影响未来低能耗空调和制冷的发展前景。

在其2014年发表的研究文章中，首次展示了光学表面自身的冷却能力。现在，范和他以前的同事阿斯瓦特·拉曼和伊莱·戈德斯坦已经证明了，一个使用该光学表面的系统可以将流动的水冷却到低于周围空气的温度，而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先前对天空辐射制冷的研究基础上，但将其提升到了一个新的水平。它首次提供了高保真技术演示，展示了如何使用天空辐射制冷机制来被动冷却流体，并通过这种方法将其与冷却系统连接以节省电力。”——来自《自然能源》杂志上针对这项研究的详细介绍。

范、戈尔茨坦和拉曼共同创立了SkyCool系统公司，该公司正在进一步测试这项技术并将其商业化。

1. 向太空传热

天空辐射制冷是每个人和每件物体都会发生的自然过程，这是由分子释放热量的瞬间造成的。您一定亲自体会过日落时道路散发出的高温。在无云的夜晚，这种现象尤其明显，因为没有云，我们和周围所有物体散发出来的热量可以更容易地使其穿过地球的大气层，直至到达广阔而寒冷的太空。

“如果您可以将热量消散到温度相对低的空间里，那么您可以不用任何电力或工作就可以进行冷却。热量只是在流动。”该论文的资深作者范解释说。“因此，从地球流到宇宙的热量很大。”

尽管我们自己的身体通过天空辐射制冷将热量释放到天空和周围环境，但我们都知道，在酷暑时节，我们依然会倍感炎热。这是因为阳光将给我们带来的升温多于天空辐射制冷带来的降温。为了克服这个问题，研究小组在材料表面使用了多层光学膜，该膜可反射约97％的阳光，同时能够通过大气散发表面的热能。没有阳光的热量，即使在晴天，天空辐射制冷的冷却效果也可以使温度冷却到室温以下。

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，仅展示了这种表面本身如何冷却。所以显而易见，下一步就是扩大该技术的规模，并观察它如何作为更大的冷却系统一部分而进行工作。

2. 使天空辐射制冷系统正常工作

针对他们的最新论文，研究人员搭建了一个系统。该系统将用于覆盖在专用光学表面上的面板放在自来水管道上，并对其进行了测试。这些面板的边长略超过2英尺，研究人员一次最多允许4个同时进行测试。随着水以相对较快的速度运动，他们发现面板能够在三天内持续将水温降低到比周围空气温度低3至5摄氏度的温度。

研究人员还将来自该实验的数据应用于模拟，在模拟中，他们的面板覆盖了拉斯维加斯两层商业办公大楼的屋顶（这是一个非常干燥的地方，面板最能发挥作用）。他们试图计算出，如果他们将蒸气压缩系统替换为由面板冷却的冷凝器，来取代传统的空冷式冷水机，这样可以节省多少电量。他们发现，在夏季的几个月中，面板冷却系统将节省14.3兆瓦时的电力，将用于建筑物冷却的电力减少21％。在整个期间，每日节电率从18％降至50％。

3. 该技术未来几年的广泛适用性

目前，SkyCool Systems正在测量将该面板与传统的空调和制冷系统集成在测试设施中时所能够节省的能源量。他们认为，这项技术将在未来几年中得到广泛应用。

范还对辐射冷却技术的其他各个方面进行了研究。他和拉曼将辐射散热的概念应用到了太阳能电池增效涂层的发明中。

*本文翻译自斯坦福大学工程学期刊上Taylor Kubota发布的文章How A New Cooling System Works without UsingAny Electricity。如需了解原文内容，请点击阅读原文查看。

文章来源：Stanford Engineering Magazine