不開冷氣屋子也能降溫,「輻射冷卻系統」可省下空調用電達 20%

作者 | 發布日期 2017 年 09 月 07 日 22:45 | 分類 光電科技 , 太陽能 , 尖端科技 follow us in feedly

我們大多數人或許都聽過太陽能熱水器,但現在可能有一種反太陽能水冷卻器,來自美國史丹佛大學團隊的最新研究開發,這項技術讓一棟兩層樓建築的空調用電成本節省高達 20%。研究人員樂觀地說,未來該技術很快就可以廣泛應用於傳統空調和冷卻系統上。



這群來自史丹佛大學的工程師,其實已於 2014 年展示過一種光學散熱面板,稱為輻射天空冷卻(radiative sky cooling)技術,他們利用特殊的光子輻射冷卻(photonic radiative cooling)材料直接將 97% 的太陽光反彈、將建築物內部結構的熱紅外光以特定波長反射回外太空。當時主要研究人員之一阿斯沃斯‧拉曼(Aaswath Raman)就曾說,未來這世界可能不再需要依賴由電力系統冷卻的空調設備,只差他們思考如何將建築物內部的熱紅外光有效傳導到外部面板。

現在,同一個團隊突破重圍,實現研究進化版,利用流經面板系統的水來冷卻整棟建築物的溫度,整體過程完全不插電演出。拉曼表示,這次研究是基於 2014 年的技術再延伸,他們在屋頂上放置 4 塊面積為 0.05 坪(2 平方英尺)的反光材料面板,然後利用這項技術讓面板底下快速流動的液體(自來水)降溫,3 天時間內,水溫持續降得比周遭環境溫度還要低 5℃。

接著他們再進一步透過建模展示發現,如果用這項技術來代替傳統的蒸氣壓縮系統,可以使一棟位於乾燥氣候(如美國拉斯維加斯)的兩層辦公樓,其夏天冷卻系統的耗電量減少將近 21%(14.3MWh)。

據估計,冷卻系統消耗全球發電量 15%,佔全球溫室氣體排放量的 10%,等到了 2050 年,冷卻需求將增漲十倍,因此,如何提高冷卻系統的效率將是 21 世紀能源挑戰的關鍵一戰。團隊領導人史丹佛大學電機工程學系教授范汕洄(Shanhui Fan)等人樂觀認為,這項技術很快就可以廣泛應用於傳統空調和冷卻系統。現在,研究人員正努力嘗試將面板與空調、冷藏系統相結合,而新技術對數據中心和太陽能電池的降溫都是一大賣點。

團隊在 2015 年也已將輻射天空冷卻技術應用在太陽能電池的散熱塗層,試圖解決長期困擾太陽能電池產業的問題:當太陽能電池越來越熱,把光子轉換成有用電力的效率就會越低。他們在電池上覆蓋一層超薄塗料,一面讓電池持續吸收可見光轉換能量,一面把不可見的熱紅外光輻射掉,降溫效果達到 5℃ 以上。這對於一個轉換效率已經達 20% 的矽晶太陽能電池來說,還可再提升效能達 1% 以上。

(首圖來源:Aaswath Raman/史丹佛大學)