一种新的方式来提供无动力冷却: 在麻省理工学院开发的设备可以提供离网地区制冷

麻省理工学院的研究人员已经设计出在炎热的阳光灿烂的日子提供冷却的新方法, 使用廉价的材料，也不需要化石燃料的发电. 被动系统, 它可用于补充其他冷却系统，以保存食品和药物热, 离网地点, 本质上是一个遮阳伞的高科技版本.

由麻省理工学院的研究人员设计了设备的两个版本, 使用金属带以阻挡阳光直接照射, 被构建和测试上的MIT建筑物的屋顶，以确认它们可以提供冷却远低于环境空气温度. 照片由比克拉姆·巴蒂亚

该系统允许以光的中红外范围的热辐射，可以通过直出通过大气和辐射到外层空间的冷, 通过像一个温室气体冲压右. 为了防止加热在阳光直射, 金属的小条悬挂在设备块太阳的直射光线以上.

新系统本周描述在日记 自然通讯 在研究科学家 Bikram Bhatia 的一篇论文中, 研究生乐华阿尼, 机械工程及部门负责人伊夫林王教授, 物理马林·索亚奇奇教授, ，6人在麻省理工学院.

理论上, 他们设计可以提供的冷却系统不亚于 20 摄氏度 (36 华氏度) 下面在像波士顿的位置的周围温度, 研究人员说，. 至今, 在他们的初步证明了概念测试, 他们已经取得的冷却 6 C (关于 11 F). 对于需要更多冷却应用, 余量可以通过常规的制冷系统或热电冷却来实现.

其他团体已试图设计在波长中红外光的形式散发热量被动冷却系统, 但是这些系统都是基于复杂的工程光子器件，可以是昂贵的制作和不容易得到广泛使用, 研究人员说，. 该设备是复杂的，因为它们被设计成反射太阳光的所有波长几乎是完美的, 和只以发射在中红外范围, 大多. 选择性反射率和发射率的这种组合需要在层的厚度被控制以纳米精度的多层材料.

但事实证明，通过简单地阻断与放置在适当的角度的窄条形的阳光直接照射到在天空覆盖太阳的路径，类似的选择性，可以实现, 需要由该装置没有活动的跟踪. 然后, 从廉价的塑料膜的组合建立了一个简单的装置, 抛光铝, 白漆, 和绝缘可允许的热通过中红外辐射的必要发射, 这是最自然的对象如何消暑, 而防止该装置通过直接的太阳光中被加热. 事实上, 简单的辐射冷却系统自古以来都被用来实现夜间降温; 问题是，这样的系统并没有在白天工作，因为太阳光的加热效果至少 10 比最大可实现的冷却效果倍强.

但太阳的光线加热是直线传播的，而且很容易堵塞 - 因为我们的经验, 例如, 通过加强成一棵树的影子在热天. 由实质上把雨伞在它遮蔽装置, 和补充与绝缘设备周围以保护其免受环境空气温度, 研究者们找到了被动散热更可行.

“我们建立了设置和做户外实验上的MIT屋顶,”巴蒂亚说. “这是使用非常简单的材料做”，并清楚地表明了系统的有效性.

“这是一种看似简单,”王说：. “通过一个单独的遮阳和发射极到大气中 - 两个独立的部件，可以是相对低成本的 - 该系统不需要用于发射和吸收选择性地一种特殊的能力. 我们使用角度选择性允许阻挡阳光直射, 我们将继续发射载热波长的天空“。

该项目“启发我们重新思考关于“荫的用法,“”沉一尘说：, 一个附属研究机构和共同作者的论文. “在过去, 人们只在想用它来降低供暖. 但现在, 我们知道，如果灯罩与一些支持光过滤用巧妙在一起, 它实际上可以用来冷却物降,“ 他说.

对于系统中的一个限制因素是在大气中的湿度, 勒罗伊说, 这可以通过空气阻止某些红外发射的. 在像波士顿的地方, 靠近海洋和相对潮湿, 此限制可实现的冷却的总量, 其限制在约 20 摄氏度. 但在干燥的环境中, 如西南U.S. 世界各地的许多或沙漠或干旱环境, 最大可达到降温实际上可能更大, 他指出，, 可能不亚于 40 C (72 F).

虽然在辐射冷却大部分研究都集中在较大的系统可能被应用到整个冷却房间或建筑物, 这种方法更加本地化, 王说：: “这将是制冷用途, 如食品储存或疫苗。”事实上，, 保护疫苗和其他药品的变质热, 热带条件一直认为这一技术可以很好地解决重大持续的挑战.

即使系统不足以拉低温度一路所需要的水平, “它至少可以减少负荷”关于在电子制冷系统, 以提供刚冷却的最终位的, 王说：.

该系统也可能对某些类型的聚光光伏系统的有用, 其中反射镜被用于将太阳光聚焦在太阳能电池上，以增加其效率. 但是这样的系统很容易过热，并且通常需要用流体和泵有源热管理. 代替, 这种浓缩系统的背面可以安装在被动式冷却系统中使用的中红外发射表面, 和可控制的加热而没有任何积极的干预.

当他们继续改善系统工作, 最大的挑战是寻找途径，以提高设备的绝缘, 以防止它从周围空气中升温太多, 同时不阻碍其散热能力. “主要的挑战是找到这将是红外透明的绝缘材料,”乐华说.

该团队已申请了发明专利和希望它可以开始寻找现实世界的应用相当迅速.

资源: news.mit.edu, 由大卫大号. 钱德勒