[分享]制冷空调最新科技，你get了吗？

发表于2018-12-21 970人浏览 1人跟帖总热度:320

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标签：制冷空调节能减排空调工程

节能减排已经成为全球暖通空调行业发展的关键，技术日新月异，新材料和新方法层出不穷。下面介绍的几个新技术，你都了解吗？

1、利用有机热电材料实现电致制冷

热电材料可以实现温差和电能之间的直接转换，是重要的能源材料之一。作为新型热电材料体系，有机热电材料在柔性、低成本供电器件和自供电传感器方面具有广阔的应用前景。

中国科学院化学研究所有机固体重点实验室长期致力于有机热电材料的研究，先后开发了一系列高性能N型有机热电材料。近期，在科技部国家重点研发计划、中科院战略先导研究计划和国家自然科学基金委项目的支持下，科研人员针对有机热电器件帕尔帖效应研究中面临的热效应复杂且相互干扰问题，结合悬浮器件的制备和原位真空表征系统的搭建降低热散失，利用高速/锁相红外技术实现帕尔贴效应与焦耳热效应及热传导的有效分离，系统揭示了有机热电薄膜器件中的帕尔贴效应并实验验证了有机热电体系中的汤姆逊关系。更为重要的是，他们发现poly(Ni-ett)薄膜器件两端可以建立超过40℃的温差，并且首次真正实现了有机热电器件的电致制冷。此外，他们与北京师范大学、新加坡南洋理工大学和苏州大学的科研人员密切合作，预测该类材料的超薄器件有望实现热流密度超过500 W /cm的大温差电致制冷，在柔性固态制冷和定点化瞬态制冷等方面具有重要的应用前景。

图1 Poly(Ni-ett)薄膜在工作状态下的帕尔贴效应温度分布

图2 悬浮有机热电器件的器件结构、

工作状态的热效应与帕尔贴效应测试方法

2、“以冰除霜”

美国弗吉尼亚理工大学一个研究团队日前宣布，开发出世界上首款被动除霜材料表面设计工艺，其基本原理是“以冰除霜”。

潮湿和低温是霜形成的重要条件。传统的除霜方法包括使用防冻液、加热或在表面撒盐，但这些方法效果有时并不理想，而且容易有污染。近几年的涂层技术虽然也可避免表面起霜，但耐久性较差。

弗吉尼亚理工大学研究人员展示了一种新的表面设计工艺，利用冰的特性来除霜。他们在铝材表面上制造出许多微型隆起的槽，低温条件下将水注入其中可以形成“冰条纹”。“冰条纹”能吸附附近空气中的水分，使“冰条纹”周边的铝材表面保持干燥，霜就无法形成。据介绍，“冰条纹”的总面积只占约10%的材料表面，牺牲这一区域可换来材料表面其他90%区域无霜。

研究人员认为，这一新工艺有可能替代传统的除霜、除冰化学品，减少环境污染。这一新工艺可以考虑优先用于制造空调系统的室外机。

相关研究成果发表在新一期美国化学学会《应用材料和界面》杂志上。

3、新涂料可有效降低任意表面温度

希腊和其他光照充足的国家的房屋经常被涂成白色，以反射尽可能多的阳光。如今，研究人员正在利用一种新的“被动辐射冷却”材料重新诠释这种古老的策略，以达到减少太阳光热量的目的。大多数的此类技术都无法利用现有的屋顶和墙壁，但是美国的一个研究团队现在已经制造出一种可以覆盖任何表面的冷却涂料，使温度降低约6℃。新涂料可以直接涂覆在任意质地物体的表面，还可与不同颜料结合呈现不同色彩。

这一进展凸显了“该领域的巨大进步”，科罗拉多大学博尔德分校材料科学家Xiaobo Yin说。他的团队开发了一种被动的辐射冷却塑料薄膜，并成立了一家名为Radi-Cool的初创公司，旨在将其商业化。Yin说，这些新材料在某些气候条件下可能会使冷却成本降低15%。“这是一个很大的数字。”他说。在美国，有17%的住宅使用电驱动空调，因此节省的开支是巨大的。

白色涂料通常只反射大约80%的可见光，而且它们仍然吸收紫外线和近红外射线，这些射线能够使建筑物变热。为了做得更好，新材料首先要结合能够反射几乎所有太阳光线的材料或结构，包括近红外射线，在某些情况下，甚至包括紫外线。此外，它们还需含有聚合物或其他物质，以便利用它们的化学成分，将额外的热量以8～13μm的波长散发掉。大气不会阻挡这些波长的辐射，从而可以让材料在不加热周围空气的情况下将多余的热量有效地释放到空间中。

2014年，加州帕洛阿尔托斯坦福大学的电气工程师Shanhui Fan领导的研究团队在《自然》杂志发表的论文指出，通过一种含有二氧化硅和二氧化铪的交替层，他们制造出一个高度反射的表面，能够比周围的空气温度低5℃。去年，Fan及其同事使用另一种材料——一种聚合物和银膜结合物——冷却空调用水。该团队表示，在夏季，这种技术有可能节省21%的空调使用成本。自那以后，Fan的团队成立了自己的初创公司SkyCool Systems。

Yin和他的同事Ronggui Yang去年又有了新的进展：一种里面嵌入了微小玻璃珠的塑料薄膜，能够使表面温度降低10℃。而在澳大利亚，应用物理学家Angus Gentle和悉尼科技大学的Geoff Smith在2015年发表的论文中说，一种由两种聚合物制成的凉爽的屋顶材料，在正午和夜间分别能够使屋顶比周围的空气温度低3℃和6℃。

然而将这些涂层应用于屋顶和壁板材料仍然存在一个问题。高度反光的化合物可以被整合到传统的木瓦和黏土瓦中，用于新的建筑物或翻新。但是对于现有的建筑物来说，要有更多的选择是比较困难的。

而这就是新的被动冷却涂料的用武之地。

哥伦比亚大学应用物理与应用数学系Yuan Yang和Nanfang Yu团队在新一期美国《科学》杂志上发表的论文中指出，他们开发的新材料是一种多尺度微纳孔结构的“聚偏二氟乙烯－六氟丙烯共聚物”，用这种材料制成的薄膜在太阳光波段具有96%到99.6%的高反射率，在红外辐射窗口具有97%的高辐射率，在白天无需电能即可实现制冷。

测试结果显示，在光照充足的干燥环境中，薄膜表面温度可比环境温度低约5.9℃；在潮湿环境中，薄膜温度可比环境温度低约2.9℃。

据介绍，这种多孔薄膜中，聚偏二氟乙烯与空气折射率相差很大，可有效散射阳光，包括紫外光、可见光和近红外光，从而实现高反射率，不会被阳光加热；微米多孔结构提高了材料的辐射率，增加了向外的热辐射。

据了解，此前类似功能材料的制备多需要复杂的真空沉积设备，且难以直接覆盖在任意形状和质地的物体表面。新材料则具有成本较低、适用性强等优点，可直接涂覆在塑料、金属和木材等任意表面。

Yang表示，建筑物表面往往对颜色有所要求，这种材料可以和颜料结合在一起，呈现不同色彩的同时将阳光中的近红外光反射掉，和传统涂料相比，可显著降低建筑物的温度。

“它看起来很适合被广泛应用。”Gentle说。加州劳伦斯·伯克利国家实验室的一位屋顶冷却专家Ronnen Levinson说，新涂料的价格大约是传统涂料的5倍。但增加的成本带来了好处。Gentle说：“所有这些非常酷的涂层使得中午就像夜间一样凉爽。”

相关论文信息：DOI：10.1126/science.aav5574

4、新型薄膜遇热自动反射阳光

美国和中国科研人员合作开发出一种新型薄膜，它贴在玻璃上可正常透光，但如果温度超过32℃就会自动变成半透明并反射阳光，在窗户上应用这种薄膜有助于建筑物节能。

美国麻省理工学院机械工程系教授方绚莱指出，目前市场上的智能窗户有“电致变色”窗，但它需要电能驱动来改变玻璃的透光性，所以在节能方面不算好。

方绚莱与中国香港大学研究人员合作发现了一种“热致变色”材料，它在温度较低时是透明的，但如果温度超过32℃，内部结构就会发生变化，变得半透明，这时它能反射70％的太阳光热量。

实验显示，在模拟阳光的光源照射下，没有薄膜包裹的测热室内部温度可达38.9℃，而在有这种薄膜包裹时，测热室内部温度只有33.9℃。因此研究人员认为，在建筑物窗户上应用这种薄膜，有助于降低空调成本，节约能源。

相关论文发表在新一期美国《焦耳》杂志上。

5、利用制冷去除空气污染物

英国科学家发现，制冷可以用于去除空气污染物。

由中国科学院和英国诺丁汉特伦特大学联合进行的国际研究可以为空调和加湿设备的简单改造提出一条新道路，使得他们可以具有清洁室内污染空气的功能。

由英国诺丁汉特伦特大学潘刚（音）教授主导的此项研究是通过去除由烟雾引起的气体污染物和微粒，验证利用低温进行室内空气清洁的有效性。

研究团队发现，当烟雾污染的空气循环通过一台低温冷凝器时，细小颗粒物在因重力下落过程中吸附在冷凝器管路上，从而得到了清洁空气。这种方法可以去除99%的颗粒。同时，在-50℃，NO₂可以被冷凝，从空气中去除，这表明该方法对于去除沸点较高的多种室内污染物是有效的。研发人员表示，在更多考虑健康因素而不是能耗因素情况下，通过改造空调器和加湿器，低温冷凝或许可以持续净化室内空气。