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未來的節能冷氣!史丹佛團隊研發低耗電水冷系統,可省21%冷氣用電
數位時代陳昇瑋
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降低冷氣用電、減輕電力危機,史丹佛團隊以「不用電也能降溫」的材料,研發屋頂水冷散熱系統,號稱可減少21%冷氣用電,未來可望應用於空調、冰箱等冷卻系統。

美國史丹佛大學電子工程系Aaswath Raman、范汕洄教授研究團隊2014年在科學期刊《自然》發表光學薄膜被動輻射冷卻法,以二氧化鉿、二氧化矽材料製作特殊多層薄膜,不僅可反射大部分陽光,同時能促進輻射散熱,在大太陽下將溫度降至比氣溫低5度,而且完全不用電。

現在研究團隊再運用該技術,進一步研發屋頂冷卻系統,進行實驗。研究結果近日發表於《自然》旗下子期刊《自然-能源》(Nature Energy)。

不用電就能降溫?——被動輻射冷卻原理,一路散熱到太空

不用電就能降到低於氣溫,究竟怎麼辦到的?主要是應用被動輻射冷卻原理,以中波長紅外線散熱到外太空。

熱傳遞的方式不外乎傳導、對流、輻射。其中輻射的部分,只要溫度大於絕對零度的物體(基本上也就是任何物體),隨時都會向外釋放電磁輻射。

因此,若能將陽光反射並阻絕傳導及對流帶來的熱,同時再以輻射方式將熱量帶走,向環境散失的熱比吸收的熱多,就可能降到比氣溫還低的溫度。特別是中波長(8-13微米)的紅外線輻射,因為這個波段不易被大氣吸收,能一路穿透大氣層,散至廣大寒冷的太空中。

波長8-13微米的中波長紅外線不易被大氣吸收,容易穿透大氣層。
Wikimedia Commons

研究團隊所研發的屋頂冷卻系統利用前述原理,以特製光學薄膜面板反射97%的陽光,並協助將熱以中波長的紅外線輻射散發至大氣外,加上隔絕熱對流與傳導的塑膠及泡棉材料層,中間再通上彎曲的水管,進行非蒸發性、不用壓縮機的水冷散熱。全裝置唯一使用的少量電力是輸水系統。

根據研究報告,這套冷卻系統可將溫度降至比環境氣溫低攝氏5度。研究團隊也將實驗數據進行模擬,如果將冷卻系統安裝於拉斯維加斯常見的兩層商用辦公樓屋頂,夏季約可減少21%的大樓冷氣用電。

未來的節能減碳冷卻系統

主持這項研究的范汕洄教授及團隊成員Eli Goldstein、Aaswath Raman合作創立了SkyCool Systems公司,正在做進一步測試,未來可望將研究結果商業化,整合應用於空調、冰箱等冷卻系統。

研究團隊表示,冷卻系統消耗全球電力約15%、佔全球溫室氣體排放量的10%,預計至2050年冷卻用電將會成長10倍,改善冷卻系統效率可能會對全球能源使用有重大的影響。

資料來源:NatureStandford NewsScience 12

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