[发明专利]带有封闭致冷功能的红外辐射致冷系统

说明书

一种带有封闭致冷功能的红外辐射致冷系统，包括高反光层（1）、强红外辐射层（2）、由高透光高分子聚合材料制成的夹层（3）、贮液罐（5）、上水泵和下水电磁阀（4）。夹层连接贮液罐，贮液罐装有制冷封闭溶液（6），制冷封闭溶液中至少含有对8到13微米波长的红外辐射强吸收成份。本发明通过在红外辐射致冷系统面向外太空的一面加上由高透光高分子聚合材料制成的封闭夹层，并通过夹层外的贮液罐向封闭夹层内输送制冷封闭溶液，实现夏天系统制冷，冬季停止系统制冷。如将本发明应用于建筑行业，可实现对建筑物夏天致冷的目的。

技术领域

本发明涉及一种带有封闭致冷功能的红外辐射致冷系统，属制冷技术领域。

背景技术

根据普朗克黑体辐射定律，任何温度高于绝对零度的物体都会以电磁波的形式向外界辐射热能，物体由于向外辐射能量而导致自身温度降低，这就是辐射冷却。斯蒂芬-波尔兹曼指出，黑体的全辐射功率与它的绝对温度 4 次方成正比，据计算，1平方米的绝对黑体在300K时在全波段辐射出460W辐射能量。 如果该黑体只辐射而不从环境中吸收能量，该黑体将会以显著的速度降低温度。 在理论上，辐射冷却可以被用来开发出无需电能也不需要依赖外在能源制冷技术，这种技术就是辐射致冷技术。

目前，辐射致冷技术在解决两个最基本的问题后有了显著的进步。这两个问题是：第一，如何有效地将热量以红外辐射的方式发射出去；第二，实际的辐射致冷系统在向外界辐射热能的同时也在吸收热辐射及阳光照射。在夜间，致冷系统可能因为吸收环境中的辐射而降低效率；在白天阳光的照耀下，如果吸收的太阳及环境的热辐射大于其自身向外的热辐射，系统总效果将使本身温度升高，完全达不到制冷的目的，这意味着必需要有高效的反射系统，反射阳光及环境热辐射。

2014年，斯坦福大学Shanhui Fan教授研究小组在解决以上两个问题时取得了突破性进展，其工作发表在《Nature》 Vol 515, pp540–544 (27 November, 2014) 题目为“Passive radiative cooling below ambient air temperature under directsunlight”，文中用二氧化硅和二氧化铪两种材料的不同厚度的薄膜周期交替形成共七层的层状结构。这种层状结构不仅能够将高达97%的阳光反射，从而尽量避免由于受到日晒而升温，而且它可以通过辐射8-13微米波长的红外线向外界释放能量。8-13微米波长的红外线是一个大气的红外窗口，这一波段的红外线不会被大气层吸收，可直接到达温度更低的外太空。实验表明，即便在白天且处于太阳直射的情况下，这种层状结构仍然能够将覆盖在它下方的物体的温度降低5摄氏度。这项研究成果首次将即使在日光直射下的辐射制冷变成可能。科罗拉多大学的Xiaobo Yin等对Shanhui Fan的工作进行了改进，获得了更高效廉价并可大规模生产的薄膜，论文发表在2017年3月的《科学》杂志上题目为“Scalable-manufactured randomized glass-polymer hybrid metamaterial for daytimeradiative cooling”。该薄膜由聚甲基戊烯（TPX)透明塑料制成，他们在TPX中掺入细小的玻璃微珠，把制成品拉成约50微米厚的薄片，再将面镀上银，镀银的一面朝下，96%的太阳光就会被复合材料反射回去，同时，以红外特别是8-13微米的大气红外窗口向太空辐射出热能，其辐射制冷的功率大约为100W/M²。具体辐射功率随着日夜以及太阳的强度而有所不同。

尽管从理论上可以将此红外辐射致冷系统贴在房屋的屋顶而起到降温并节能的作用，但事实上该系统在大多数地区并不实用。因为，通常情况下，房屋在夏季需要反射阳光并降温，但到了冬季，人们需要阳光对屋面进行加热，但覆盖了此红外辐射致冷系统的屋面不仅在冬季不能吸收阳光，而且不断地从屋面抽取能量并抛向太空，无论在夏季还是冬季都在对房屋进行制冷，这种系统无疑存在着重大缺陷。

发明内容