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在斯坦福大学帕卡德电气工程大楼的屋顶上进行测试的流体冷却面板

美国:斯坦福大学的科学家声称已经开发出辐射冷却板,可以将流动水的温度降低到环境温度以下 5ºC。

该开发建立在辐射冷却研究的基础上,该研究始于 2013 年,屋顶作为高科技镜面光学表面的试验台,可以减少空调和制冷的能源需求。据说研究小组现在已经证明,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之前的辐射天空冷却工作的基础上,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,展示了如何使用辐射天空冷却被动冷却流体,并在此过程中将其与冷却系统连接以节省电力,”共同主要作者拉曼说详细介绍这项研究的论文,发表在Nature Energy 上。

电气工程教授 Shanhui Fan 和前研究助理 Aaswath Raman 和 Eli Goldstein 创立了 SkyCool Systems 公司,该公司正致力于进一步测试和商业化这项技术。

虽然在炎热的晴天,阳光比辐射天空冷却会更暖,但 SkyCool 系统使用多层光学薄膜,反射约 97% 的阳光,同时能够通过大气释放表面的热能。在没有来自阳光的热量的情况下,该团队坚持认为,即使在晴天,辐射天空冷却效应也可以使冷却温度低于气温。

“有了这项技术,我们不再受气温的限制,我们受到更冷的东西——天空和太空的限制,”该论文的共同主要作者 Eli Goldstein 说。

2014 年发表的实验是使用多层光学表面的小晶片进行的,直径约为 8 英寸,仅显示表面本身是如何冷却的。下一步是扩大技术规模,看看它是如何作为更大的冷却系统的一部分工作的。

在他们最新的论文中,研究人员创建了一个系统,其中覆盖有专门光学表面的面板位于自来水管的顶部,并于 2015 年 9 月在斯坦福大学帕卡德大楼的屋顶上对其进行了测试。这些面板的长度略高于 2 英尺每一方和研究人员一次最多跑四个。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将水温持续降低到环境空气温度以下 3-5ºC。

研究人员还将该实验的数据应用于模拟,其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——一个炎热干燥的地方,他们的面板最能发挥作用。他们计算了如果代替传统的风冷式冷水机组,他们使用带有由面板冷却的冷凝器的蒸汽压缩系统,他们可以节省多少电力。他们发现,在夏季,面板冷却系统将节省 14.3 MWh 的电力,用于冷却建筑物的电力减少了 21%。在整个期间,每天的节电量在 18-50% 之间波动。

SkyCool Systems 现在正在测试在测试设施中测量面板与传统空调和制冷系统集成时节省的能源。研究人员专注于让他们的面板与标准空调和制冷系统轻松集成,据说他们对将他们的技术应用于冷却数据中心的严峻任务的前景感到特别兴奋。

Fan还对辐射冷却技术的其他各个方面进行了研究。他和拉曼将辐射天空冷却的概念应用于太阳能电池效率提升涂层的创建。范与斯坦福大学材料科学与工程教授、SLAC 国家加速器实验室光子科学教授崔毅共同开发了一种冷却织物。

“将宇宙视为一种巨大的冷却资源,以及人们可以利用这一点提出的许多有趣的、创造性的想法,这是非常有趣的,”他说。

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