辐射冷却涂料及其在能源环境领域的应用

能源环境问题日益严重,亟需发展节能环保的降温技术。辐射冷却材料及技术具有无需消耗能源即可辐射降温的特点,成为近年来备受关注的研究领域。辐射冷却涂料具有制备简单、成本低廉、应用方便等优点,展示出重要的科学研究价值和巨大的工程应用前景。本文归纳了辐射冷却涂料的制冷原理与研究现状,包括无机涂料、有机涂料和有机-无机复合涂料,阐述了辐射冷却涂料在建筑节能、人体热管理和航空航天的应用。最后,从辐射制冷涂料的性能与实际应用相结合的角度,提出了提高辐射冷却涂料的耐候性、开发涂料新应用与动态制冷涂料是未来发展趋势。辐射冷却涂料的研究对于解决能源问题、建立环境友好型社会有重要意义。

纤维素衍生物涂层用于辐射冷却帐篷面料的开发

采用涂层整理方法,选用乙基纤维素作为涂层基体,开发出具备辐射冷却性能的帐篷面料。重点探讨了涂层厚度及溶剂组成对乙基纤维素涂层形貌,涂层织物和添加炭黑改良涂层织物辐射冷却性能的影响。试验结果表明,单一乙基纤维素涂层表现出良好的日间辐射冷却性能,添加炭黑后可增强其夜间辐射冷却性能。该研究为高炎热环境辐射冷却型帐篷面料提供了参考。

日间辐射冷却理论分析

世界经济蓬勃发展,对一次能源的需求日益增长,但是由此导致环境污染、生态破坏和气候变暖等全球性的环境问题。随着人们对建筑舒适性的要求越来越高,未来的住宅和商业冷却需求将大大增加,日间辐射冷却作为一种新兴的冷却技术具有很好的发展前景。本文从理论角度建立日间辐射冷却的理论模型,为日间辐射冷却的进一步研究提供理论基础。1引言能源是人类生存和发展的物质基础,以煤、石油、天然气等化石燃料的能源结构极大的促进了世界的发展。当前,全球经济蓬勃发展,对能源的需求日益增长。《BP世界能源统计年鉴(2022)》的报告指出,目前接近82%的世界能源消耗来自于化石能源,2021年全世界一次能源需求增长5.8%,碳排放量增长5.9%,达到33.9亿吨二氧化碳当量。2021年中国的一次能源消耗增长率由2020年的2.1%增长到7.1%,一年的时间增长了5%.

碳中和背景下天空辐射冷却技术的应用

应对全球气候变化,尽早实现碳中和,加速全社会绿色低碳转型是全人类的共同期望,在此背景下,制冷技术未来的发展将面临重大转变。作为完全被动式的冷却技术,利用宇宙冷能的天空辐射冷却不消耗任何能源且不产生环境污染,是一种极具发展前景的冷却方式。在介绍辐射冷却技术基本理论的基础上,对近几年辐射冷却材料的典型技术及其冷却效果进行了归纳与总结,并进一步阐述了辐射冷却材料在不同领域的研究现状,最后总结了天空辐射冷却技术在碳中和中的应用场景以及目前辐射冷却材料面临的问题与发展趋势。辐射冷却材料的研制与应用将对我国节能减排事业做出巨大贡献。

基于天空辐射冷却系统的光伏组件降温研究

在南北向相邻两排光伏组件之间,背阳设置天空辐射冷却模块,不仅可有效利用屋顶面积,还可提升辐射冷却性能。辐射冷却模块产生的冷量通过水系统作用于光伏组件背面的换热模块,对光伏组件进行降温,提升光伏发电效率,延长使用寿命。实验结果表明:该系统在夏季和秋季可分别使光伏组件日平均温度降低13.6℃和10.6℃,发电效率可分别提升1.21%和0.96%。

余热锅炉辐射冷却室三维数值模拟

数值模拟了设有导流墙的余热锅炉辐射冷却室内的三维流动及传热分布，其流动采用k－ε方程模拟，辐射采用蒙特卡洛法计算。几何空间使用多块结构以减少计算机内存的浪费；采用贴体坐标系统来描述复杂的几何边界；网格系统采用交错网格；求解方程使用SIMPLE算法。给出了余热锅炉辐射冷却室内三维流动及传热结果。为研究余热锅炉辐射冷却室内流动提供了理论依据，从而为余热锅炉的设计、节能改造提供了详细的数据和有效的手段。

四机并联全辐射冷却推力室的传热分析

分析了四机并联全辐射冷却推力室的热特点．忽略径向导热，考虑推力室外向的相互及自身辐射交换、内壁经喷口的辐射泄漏以及周向和轴向的传导热量，建立了推力室壁的能量方程．计算表明，推力室之间的辐射传热引起的周向温度畸变，主要取决于推力室间的相对间距Ｌ／Ｄ，而与原壁温水平无关．对仅有两对角推力室工作、另一对推力室不工作时的温度分布特点也作了分析．经地面模拟和实验验证，数值分析结果是正确的．

辐射冷却与低频振荡中的宽频带现象

利用赤道Ｂ平面近似和长波近似分析了辐射冷却效应对热带地区纯斜压低频波的作用，发现辐射冷却并不仅是对波动的发展起阻尼作用。在辐射对流的微妙平衡条件下，辐射冷却通过调整对流加热垂直廓线而影响低频波相速度和波动周期，使之呈现出宽频带的现象。而非绝热加热强度也并非越大越好。只有在强度适中的情况下，低频波才会被激发和维持下去，并出现宽频带现象。要得到适中的加热强度，辐射冷却的的影响不容忽视。

一种用于自然辐射冷却的光谱选择性透过薄膜

本文介绍了溶胶凝胶法制备光谱选择性透过薄膜，通过对样品的光谱透过率的测试，分析和研究这些样品薄膜的性能，结果表明：掺杂碳黑浓度为０．１２％，厚度约为０．３μｍ的二氧化钛薄膜样品的光谱透过性能较优，其在８～１２μｍ波段的透过率超过８０％，在可见光波段内的透过率低于１５％，作为自然辐射冷却应用的选择性透过覆盖材料，它具有阻挡太阳光中可见光加热其下的物体，同时又允许物体的热以辐射方式穿透该薄膜散发到大气外层空间的双重作用。

高功率激光辐照平面靶后辐射冷却效应对等离子体成丝的影响

基于辐射流体力学程序开展了高功率激光与平面靶相互作用的研究,当激光与钨平面靶相互作用时,由于热成丝不稳定性等原因引起激光能量沉积不均匀,等离子体前沿会出现密度涨落,后期会产生明显的等离子体成丝现象.研究发现,辐射冷却对成丝现象至关重要,在等离子体的辐射流体动力学演化中,辐射冷却效应会导致等离子体压强分布不均匀,影响流体横向运动,进而加强等离子体密度涨落,在激光结束后密度涨落逐渐演变成为成丝现象.通过对铝、铜、钨和金4种材料的研究,发现高Z材料钨和金中,由于辐射冷却效应较强,导致明显的成丝现象.研究结果将对激光聚变、实验室天体物理及强激光驱动的应用等研究具有借鉴意义.

线性准地转模型中基本流和辐射冷却对感热加热强迫的副热带高压形态的影响

通过求取定常线性准地转位涡模式的数值解,研究了感热型垂直非均匀分布的冷、热源强迫所激发的副热带环流的结构特征,讨论了副热带背景风场和洋面辐射冷却对洋面副热带高压"三角形偏心"结构形成的重要作用。结果表明,基本流对感热加热强迫的副热带环流有重要影响,当基本流为常数时,感热加热强迫的气旋和反气旋主要集中在对流层中下层,且地面系统远强于中高层。当基本流为非常数时,其经向切变能改变气旋和反气旋中心的经向位置,使它移至0风速所在纬度附近;其垂直变化加强了中高层气旋和反气旋,中心位于对流层上层,与南亚高压的位置基本一致。研究结果还表明,在大洋东部洋面辐射冷却与副热带地区背景风场的共同作用下,形成了洋面副热带高压特有的"三角形偏心"结构。副热带高纬度的西风使感热强迫的洋面副热带高压东移,低纬度的东风使其西移,形成东北—西南走向的"平行四边形"结构,且中心位于大洋西部。大洋东部强洋面辐射冷却激发的洋面反气旋加强了大洋东部的副热带高压,使其中心东移至大洋东部,从而表现出东北—西南走向的"三角形偏心"结构。

辐射冷却材料的研究进展及应用

辐射冷却是近来日益得到关注的被动冷却形式,它以外太空为冷源,无需额外消耗能量,在建筑冷却、太阳能电池降温、舒适衣物与可穿戴设备等诸多方面都有着良好的应用前景。本文对辐射冷却的发展历史与冷却原理做了简单回顾,对辐射冷却材料的种类和优缺点进行了系统介绍,并对辐射冷却材料的设计、制备、表征方法进行归纳总结,最后对相关应用领域进行概述,并对今后辐射冷却材料与技术的发展趋势进行展望。

辐射冷却空调方式展望

辐射冷却空调方式被认为是一种节能的空调末端形式，与传统的空调系统末端方式相比，其节能表现在两个方面：一是从热力学第二定律的角度看，辐射冷却减少了换热环节中的混合损失；二是以水为冷媒，降低了输送电耗。

含SiO_(2)/SiC可昼夜降温辐射冷却膜的制备与实验研究

随着全球对制冷能源需求的增大,能源和环境问题也愈加严峻。辐射冷却作为一种节约能源、环境友好的新技术,其应用研究有着重要的意义。本工作制备了添加SiO_(2)/SiC可昼夜降温的辐射冷却膜,并对其进行性能测试,采用正交实验方法探究了辐射冷却复合膜中添加的二氧化硅、碳化硅的体积分数和薄膜厚度对发射率的影响,得到以上因素对薄膜发射率影响的显著性规律:膜厚>SiC体积分数>SiO_(2)体积分数。在SiO_(2)和SiC的填充体积分数分别为8%和1%且复合薄膜厚度大于60μm时,复合膜的发射率高于0.9。为了在白天达到更好的降温效果,采用电子束蒸镀制备复合膜表面反射层,对不同厚度的Ag反射层进行了分析,得到厚度在200~600 nm时,反射层的反射效率能达到90%以上。利用自行搭建的实验装置进行了复合膜的昼夜降温测试实验,以纯PET薄膜表面温度变化作为参照,制备的辐射冷却膜夜间降温达到10℃,白天正午的降温也能达到5℃。

辐射冷却材料研究进展

随着全球变暖的趋势加剧,人类生存环境受到严重威胁,发展节能环保的冷却降温技术迫在眉睫。辐射冷却材料由于其不消耗能源便可辐射散热等特性引起了国内外研究者的广泛关注,但同时其存在着制备复杂、成本较高、耐候性较差等问题,导致其在实际应用中受到限制。目前,对于各类辐射冷却材料性能的优化是辐射冷却领域的核心课题。本文从辐射冷却机理出发,对近几年来辐射冷却材料的相关研究进行归纳与总结,主要介绍了各类辐射冷却材料的设计思路,进一步阐述了辐射冷却材料应用于实际工业领域的性能情况。总结了目前辐射冷却材料仍面临的问题与发展趋势,指出进一步将不同类别的辐射冷却材料进行合理结合,以及根据当地环境特点对材料的辐射冷却特性进行完整评估将是未来研究的主要方向。辐射冷却材料的研制与应用将对我国节能减排事业做出巨大贡献。

液体火箭发动机辐射冷却身部材料研究进展

辐射冷却是上面级和空间液体火箭发动机推力室身部最常用的冷却形式,近年来在部分大推力、高性能二级火箭发动机喷管中也得到了应用。辐射冷却身部材料的耐高温性能和密度,直接影响液体火箭发动机的比冲、推重比和可靠性。通过查阅国内外文献,综述了钛合金、高温合金、难熔金属和碳纤维复合材料等材料在国内外液体火箭发动机辐射冷却身部中研究和应用情况,结合液体火箭发动机推力室身部燃烧室段和喷管段服役工况,对不同材料特点进行了分析。研究对标未来高性能、高可靠和低成本液体火箭发动机的发展需求,并对近年来发展起来的铱/铼/碳-碳复合材料、低密度铌合金和3D打印难熔合金进行了概述。

辐射冷却材料的制备方法综述

随着能源和环境问题的日益严重,不需要额外消耗能量的辐射冷却技术引起了广泛关注。基于地球和宇宙的巨大温差,辐射冷却技术能够直接将热量以辐射的形式传递到外太空,不仅能够产生净冷却效果,而且避免了废热排放带来的诸多环保问题。早期研究利用涂敷法将具有辐射冷却能力的涂料刷涂在物体表面,该方法仅能实现材料的夜间降温。为了实现材料的日间辐射冷却则需要在其中引入特定结构,如多层膜结构、二维光子晶体结构、超结构等以提高它的可见近红外波段的反射率和大气窗口的发射率。然而,相关制备技术存在工艺复杂、制备成本高、难以宏量制备等局限性,严重阻碍了辐射冷却材料工程应用的推进。随着辐射冷却理论研究的深入以及更多先进制备技术的发展,制备方法和手段也越来越多样化,如真空蒸镀、微纳米加工技术、直接涂敷法、挤出成型技术、静电纺丝法等相继被报道,通过这些方法能够低成本地制备出较大面积的辐射冷却材料,进一步推动了辐射冷却材料及技术的应用。本文归纳了辐射冷却材料制备方法的研究现状,对不同制备技术的优缺点进行了对比分析。首先概述了辐射冷却常用材料及其成型方式;然后介绍了辐射冷却材料常用制备方法及各自优缺点,简述了适用于特殊材料或应用场景的制备方法;最后总结了目前辐射冷却材料制备存在的问题并展望了未来的发展方向。

微纳多孔聚合物基辐射冷却材料的制备、性能调控及应用

光和热是自然界最普遍的两种能量形式,通过对光的调控而实现对热的管理,是能源、环境、航空航天、军事防护等领域常用的被动式热管理手段。微纳多孔聚合物由于其独特的尺度和形貌可以实现对特定波长入射光的强反射,再借助聚合物自身官能团在中红外波段的本征吸收而表现出选择性红外辐射/透射特征,可以在较宽波段范围内发挥有效的光热调控功能,并且因为原材料成本低廉、制备方法简单、具备卷对卷规模化生产潜力及良好的耐候性和力学性能,而备受研究人员关注。本文以辐射冷却应用为背景,概述了微纳多孔聚合物材料的制备及形貌调控方法,在此基础上综述了多孔聚合物辐射冷却性能调控的相关研究成果,并进一步阐述了微纳多孔聚合物在辐射冷却领域的应用,最后对其存在的问题及未来的发展方向进行了总结和展望。

辐射冷却末端实际空间制冷特性及影响因素研究

为了研究冷却流体参数对于辐射冷却末端实际制冷性能的影响规律,搭建了小室模拟实际房间,采用了房间热平衡的实验测试方式来精准计量辐射冷却末端的实际制冷能力,研究分析了流量、进水温度、铺设方式等因素对于辐射板实际空间制冷能力的影响。实验结果表明,通过增大进水流量和降低进水温度(不低于露点温度)的方式均可提高单位面积辐射冷却末端的实际空间制冷能力。在0.5 m~3/h流量工况下,随着进水温度从18.42℃降低至14.53℃,单位面积辐射板的实际空间制冷能力从41.48 W/m^(2)增大至95.19 W/m^(2)。仅顶板铺设辐射板是提高单位面积辐射板制冷能力的最佳铺设方式,相对于顶板+底板双壁面铺设辐射板而言,仅顶板铺设辐射板时的单位面积辐射板实际空间制冷量可提高18.6%~46.67%。

日间辐射冷却用PET复合多孔膜的制备及性能研究

被动式日间辐射冷却(PDRC)技术作为一种无能耗的降温手段近年来受到广泛关注。本文使用非溶剂致相分离法在PET柔性衬底上制备了具备优异光谱选择性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)复合多孔膜,通过优化聚合物浓度及涂膜厚度,其在太阳光波段(0.24~2.5μm)的平均反射率和大气窗口(8~13μm)内的平均红外辐射率分别达到了94.3%和93.0%,太阳光强度为1000 W·m^(-2)时,可实现低于环境温度的绝对致冷,冷却温度达到2℃,优于商业隔热涂料。