斯坦福大学的范汕洄(他原是中国科大少年班的一位“神童”)团队过去几年一直在开发一种安装在屋顶的系统,试图通过团队称为“辐射天空冷却”的技术为建筑物降温。在最新测试中,他们成功地利用了类似太阳能电池板的装置来冷却水,而不需要使用电。
团队的这个概念开始于2013年,它的最终目标是在不使用外部电源的前提下冷却房屋和建筑物。系统从建筑物中吸收辐射热,以特定的波长发射到空中,使其能轻易地通过地球大气层,直接逃逸到太空。系统使用的面板暴露在阳光中,用团队研制的多层光学薄膜包裹。这种具有高反射特性的薄膜反射掉照射到阳光的97%,使该系统在太阳曝晒的炎热日子里仍能正常工作。
“如果你能有个很冷的地方可以散热,比如太空,那就能实现不用电的冷却。”范汕洄教授说,“热量是一直流动的。正因为如此,从地球流向宇宙的热量是海量的。”
最初的概念试验用约20厘米宽的材料完成,只显示了面板本身如何保持凉爽。团队又将这些材料作为太阳能电池板的覆盖层,使电池板保持冷却,提高效率。
接下来,团队在屋顶上放置了用该反射材料制成、面积0.2平方米的4块面板,让水快速流过面板下方的管道。在超过3天的时间内,这些面板始终保持比周围空气低3到5摄氏度。试验表明这可能是一种先冷却水、再让水通过管道冷却建筑物的实用降温法。
借助测试收集到的数据,团队试验了新面板在拉斯维加斯炎热干燥的气候下冷却一栋两层办公楼的效果。该建筑物采用一种蒸汽压缩系统冷却,而其冷凝器又被新型面板冷却。果不其然,整个夏天,采用新面板的系统节省了约14.3兆瓦的电力,相当于建筑物冷却所需功率的20%以上。而每天的节电水平参差有异,从18%到50%不等。
“这项研究建立在我们先前工作的基础上,但向太空辐射实现冷却,是新的水平,”研究共同作者阿斯瓦司·拉曼说,“这是第一次以高保真演示说明如何将辐射天空冷却技术接入冷却系统,对流体实施被动冷却,以节约电能。”
该研究发表在《自然·能源》杂志上。为进一步开发实用设备,研究人员成立了一家SkyCool系统公司,研究将新面板整合到空调和制冷系统。而从长远来看,数据中心耗电巨大的冷却系统将是他们的主要应用之一。小云(图:Raman等)