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熱門(mén)話題——被動(dòng)輻射冷卻及傅立葉變換紅外光譜法在其發(fā)展過(guò)程中所發(fā)揮的作用

閱讀:336      發(fā)布時(shí)間:2022-12-10
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 在熱浪和能源危機(jī)的席卷之下,尋找可持續(xù)的樓宇制冷方法成為了一個(gè)熱門(mén)話題。但其實(shí),降溫機(jī)會(huì)就近在眼前!那就是被動(dòng)輻射冷卻。毫不例外的是, 傅立葉變換紅外光譜法在此又發(fā)揮了重要作用。

今夏的極端高溫天氣,簡(jiǎn)直是一場(chǎng)噩夢(mèng)。不論是在工作場(chǎng)所,還是在家里,炎熱剝奪了我們的注意力,使我們?cè)谝归g難以入眠。擁有空調(diào)的人可謂非常幸運(yùn)。但不幸的是,這些系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)消耗大量能源,而且受到能源危機(jī)的影響,電費(fèi)飆升??照{(diào)不僅價(jià)格昂貴,其制冷劑還會(huì)危害環(huán)境。

因此,人們正在迫切尋求一種節(jié)能的樓宇制冷解決方案。

 

被動(dòng)輻射冷卻將顛覆這一切


被動(dòng)輻射冷卻將太空視為一個(gè)近乎無(wú)限的能量庫(kù)。能量從物體上通過(guò)大氣輻射出去。這種能量通過(guò)發(fā)射中紅外(MIR)電磁波進(jìn)行轉(zhuǎn)移。地球樓宇和太空之間巨大的溫度梯度將這一切化為了可能。

圖片

被動(dòng)輻射冷卻原理

猜猜被動(dòng)輻射冷卻最酷的地方是什么?那就是……被動(dòng)!樓宇制冷不再需要輸入額外的能量。這簡(jiǎn)直太棒了!難道不是嗎?

 

但這存在一個(gè)難點(diǎn)

 

來(lái)自表面的輻射發(fā)射是恒定的。因此,輻射能的凈負(fù)變化對(duì)于冷卻來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。在實(shí)操中,這意味著什么呢?

白天的入射日輻射通常大大超過(guò)對(duì)太空的輻射,這導(dǎo)致表面升溫。因此,被動(dòng)冷卻大多在夜間使用,因?yàn)檫@時(shí)對(duì)太空的輻射要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)入射輻射。

盡管如此,該領(lǐng)域的研究仍在不斷取得進(jìn)展。新材料和技術(shù)的開(kāi)發(fā)將有效的日間被動(dòng)冷卻變成可能。

而為了測(cè)試這些新材料的有效性,必須確認(rèn)其熱發(fā)射率。

 

傅立葉變換紅外光譜法在此大顯身手

 

為了達(dá)到最佳的冷卻性能,這些材料必須滿足特定的要求。除了高太陽(yáng)反射率,在8-13 µm的紅外區(qū)域具有高發(fā)射率也是必要的。這一點(diǎn)非常重要,因?yàn)樵谶@個(gè)區(qū)域,幾乎沒(méi)有空氣吸收紅外線,這將削弱冷卻效果。

使用布魯克INVENIO光譜儀(以及其他布魯克光譜儀),就可以測(cè)定發(fā)射率。為此,它可以配備A562積分球。積分球體中的光束轉(zhuǎn)向反射鏡會(huì)以15°的入射角,將來(lái)自INVENIO的入射光引導(dǎo)到樣品上。

在這個(gè)角度下,就可以滿足典型的發(fā)射率分析要求,即入射光必須接近垂直。這對(duì)減少極化效應(yīng)而言非常重要。借助這種設(shè)置,就可以測(cè)量光譜半球反射率。通過(guò)使用基爾霍夫定律,最終可以確定光譜半球發(fā)射率。

 

 

圖片

用于測(cè)定發(fā)射率的布魯克A562鍍金積分球

 

 

結(jié)論

為了在炎熱的夏天保持涼爽,被動(dòng)輻射冷卻帶來(lái)了一個(gè)環(huán)保的空調(diào)替代選擇。傅立葉變換紅外光譜儀有助于測(cè)定材料的發(fā)射率,從而進(jìn)一步提高輻射冷卻方法的效率。

 

 

參考文獻(xiàn)

 

1. A.P. Raman, M.A. Anoma, L. Zhu, E. Rephaeli, S. Fan. Passive radiative cooling below ambient air temperature under direct sunlight. Nature,(2014), 515, 540-544 10.1038/nature13883.

2. M.M. Hossain, M. Gu. Radiative cooling: principles, progress, and potentials. Adv. Sci., 3 (2016), p. 1500360, 10.1002/advs.201500360.

 

 

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