建筑节能的节能方面论文(科企岛：被动冷却系统 可以使食物更保险 建筑空调更节能)
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建筑节能的节能方面论文(科企岛：被动冷却系统 可以使食物更保险 建筑空调更节能)
随着世界变暖，耗电空调系统的使用预计将大幅增加，给现有电网带来压力，并绕过许多电力很少或没有可靠电力的地方。现在，麻省理工学院开发的一种创新系统提供了一种使用被动冷却来保护粮食作物和让建筑物中传统空调更节能的方法，无需电力，只需要少量的水。
该系统将辐射冷却，蒸发冷却和隔热结合在一个纤薄的包装中，类似于现有的太阳能电池板，可以提供高达约19华氏度（9.3摄氏度）的环境温度冷却，足以允许在非常潮湿的条件下安全储存约40%的时间。它可以在干燥条件下将安全储存时间延长三倍。
今天，麻省理工学院博士后卢正茂，Arny Leroy博士'21，杰弗里·格罗斯曼教授和伊芙琳·王教授以及其他两位教授的一篇论文中报道了这一发现。虽然需要更多的研究来降低系统一个关键组件的成本，但研究人员表示，最终这样的系统可以在满足世界许多地方的冷却需求方面发挥重要作用，因为缺乏电力或水限制了传统冷却系统的使用。
该系统巧妙地结合了以前的独立冷却设计，每种设计都提供有限的冷却功率，以便产生更多的整体冷却 - 足以帮助减少世界上已经遭受有限食物供应的地区因腐败造成的食物损失。为了认识到这一潜力，研究团队得到了麻省理工学院安利捷水和食品系统实验室的部分支持。
“这项技术结合了以前技术的一些良好功能，如蒸发冷却和辐射冷却，”Lu说。他说，通过使用这种组合，“我们表明，即使在湿度较高的地区，您也可以显著延长食品寿命”，这限制了传统蒸发或辐射冷却系统的能力。
在建筑物中确实存在空调系统的地方，新系统可以通过将冷水发送到系统最热的部分，冷凝器来显着降低这些系统的负载。“通过降低冷凝器温度，您可以有效地提高空调效率，这样您就可以节省能源，”Lu说。
他说，其他团队也一直在追求被动冷却技术，但“通过以协同方式结合这些功能，我们现在能够实现高冷却性能，即使在以前技术通常表现不佳的高湿度地区也是如此。
该系统由三层材料组成，当水和热量通过设备时，它们共同提供冷却。在实践中，该设备可能类似于传统的太阳能电池板，但它不会通电，而是直接提供冷却，例如充当食品储存容器的屋顶。或者，它可以用来通过管道输送冷冻水来冷却现有空调系统的部件并提高其效率。唯一需要的维护是为蒸发添加水，但消耗量非常低，以至于在最热，最干燥的地区只需要每四天进行一次，而在潮湿的地区只需要每月一次。
顶层是气凝胶，一种主要由封闭在聚乙烯制成的海绵状结构空腔中的空气组成的材料。该材料具有高度绝缘性，但可以自由地允许水蒸气和红外辐射通过。水的蒸发（从下面的层上升）提供了一些冷却能力，而红外辐射利用地球大气在这些波长上的极端透明度，将一些热量直接通过空气辐射到太空中 - 不像空调那样将热空气喷入周围环境。
气凝胶下方是一层水凝胶 - 另一种海绵状材料，但其孔隙空间中充满了水而不是空气。它类似于目前商业上用于冷却垫或伤口敷料等产品的材料。这为蒸发冷却提供了水源，因为水蒸气在其表面形成，蒸汽直接通过气凝胶层并传到环境中。
在此之下，镜面状层反射任何到达它的入射阳光，通过设备将其送回，而不是让它加热材料，从而减少其热负荷。气凝胶的顶层是一种良好的绝缘体，也具有高度的太阳反射性，即使在强烈的阳光直射下，也限制了设备的太阳能加热量。
“这里的新颖之处在于将辐射冷却功能，蒸发冷却功能和隔热功能全部结合在一个架构中，”Lu解释说。Lu说，该系统在麻省理工学院一栋建筑物的屋顶上使用一个直径仅为4英寸的小版本进行了测试，即使在次优的天气条件下也证明了其有效性，并实现了9.3摄氏度的冷却（18.7华氏度）。
“之前的挑战是蒸发材料通常不能很好地处理太阳能吸收，”Lu说。“对于这些其他材料，通常当它们在阳光下时，它们会被加热，因此它们无法在环境温度下获得高冷却功率。
气凝胶材料的性能是系统整体效率的关键，但目前该材料的生产成本高昂，因为它需要用于临界点干燥（CPD）的特殊设备，以从微妙的多孔结构中缓慢去除溶剂而不会损坏它。需要控制以提供所需特性的关键特征是气凝胶中孔隙的大小，气凝胶是通过将聚乙烯材料与溶剂混合而制成的，使其像一碗果冻一样凝固，然后将溶剂从中取出。研究小组目前正在探索使这种干燥过程更便宜的方法，例如通过使用冷冻干燥，或者找到能够以较低成本提供相同绝缘功能的替代材料，例如由气隙隔开的膜。
虽然系统中使用的其他材料很容易获得并且相对便宜，但Lu说，“气凝胶是唯一需要进一步开发大规模生产的产品的材料。他说，在该系统能够投入使用之前，不可能预测这种开发可能需要多长时间才能被广泛使用。
这项工作“代表了被动冷却技术的一种非常有趣和新颖的系统集成方法，”普渡大学机械工程教授阮秀林说，他与这项研究无关。Ruan补充说：“通过结合蒸发冷却，辐射冷却和隔热，它具有更好的冷却性能，并且可以在更广泛的气候范围内有效，而不是单独的蒸发冷却或辐射冷却。如果该系统能够以合理的成本制造，这项工作可能会吸引重要的实际应用，例如在食品保存方面。
研究团队包括麻省理工学院机械工程系的张乐南和材料科学与工程系的贾廷·帕蒂尔。
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