辐射制冷技术

须在制冷空间周围加保温材料，特别是需在其顶
部加“透明”盖板以阻止空气对流带入的热量。
“透明’’盖板和保温材料可给辐射体“保冷"，
但“透明"盖板必须在8~13μm波段有很高的透过
率。常用的盖板材料为PE薄膜。“透明”盖板、
保温层与辐射体组成一个基本的辐射制冷系统，
在内部产生低温，如图所示。
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视盖板与辐射体的不同光谱选择性，通常有
得比环境温度低很多(理想情况下可 比环境温度低30℃)。
• 当然，天然的选择性辐射体并不存在，但我们 可以选择一些辐射材料，通过复合或组合，制成接 近理想的选择性辐射体。例如，在高度抛光的铝板 上镀SiO，在聚氟乙烯上镀铝，也有近似的光谱选 择特性。
•
当有阳光照射在辐射体表面时，由于黑体的吸
收波段很宽广，其吸收的阳光辐射能量远大于向外
• 地表上物体的热能就是通过辐射换热， 将自身热量以8~13μm电磁波的形式通过 “大气窗口"排放到温度接近绝对零度的外 部太空，达到自身冷却的目的。 通常把这
种完全以辐射方式将热量释放到宇宙空间 的制冷方式称为辐射制冷．
2.2理想辐射体
如果有这样一种选择性辐射体，其光谱辐射特性如图所示， 在8~13μm
2.选择性“透明”盖板与黑体辐射体组
合
该组合要求盖板本身具有选择性，即对 8~13μm波段的辐射透过率很高，而对其余 波段的辐射具有高反射率。这样，由于盖 板将8~13μm波段以外的辐射“过滤掉”， 辐射体不需具有选择性，只要有高发射率 即可。辐射体在8~13μm波段发射的热辐射， 透过盖板传送到外空间，从而使自身温度 降低。
盖板，由于寻找良好的选择性辐射体较困难，所
以对选择性辐射透明的盖板的研究较多．
三、辐射制冷技wenku.baidu.com在建筑降温中的应用
• 该图是辐射制冷用于建筑物降温的示意图．将有盖板的辐射制冷装置
置于房间屋顶，通过风管和房间连接．辐射散热器内的辐射体，因辐射致 冷效应而降温，房间内上部的热空气被辐射体冷却后送回房间，达到降低 房间温度的目的．晴朗的夜晚降温效果比较显著，而白天太阳辐射强度 (700—900 w／m2)相比较辐射制冷的功率(一般小于100 W／m2)要大得多， 所以辐射制冷在白天作用不大，但是辐射散热器能够阻断到屋顶的太阳辐 射，减少房间的冷负荷．
•
方法(1)、(2)的应用均取决于具有光谱选择性
材料的研制。由于同时具有太阳短波高反射率和
红外长波高发射率的选择性辐射材料很难实现，
因此可采用一种简化的方法，即只考虑材料在夜
间的红外长波辐射，暂不考虑白天太阳短波的辐
射，以实现夜间辐射制冷。此方法对制冷装置的
要求：可以选择利用选择性辐射体或选择性透明
2.1“大气窗口"的概念
• 由科学家对大气光谱透过特性的分析可以知道， 大气层对不同波长的电磁波有不同的透射率，透 射率较高的波段称为“大气窗口”，例如： 0.3~2.5μm，3.2~4.8μm，8~13μm等，如图2-1 所示。其中8~13μm波段是人们最感兴趣的，因 为常温下的黑体辐射主要集中在这一段。
辐射制冷技术
一、辐射制冷技术背景
目前，我国已经拥有家用空调1亿台，商业空调120万 台，空调能耗占全国耗电量的15％左右．夏季用电高峰期， 空调用电量甚至达到城镇总用电量的40％．由此可见，空 调方面的节能降耗，以及研究开发制冷降温的新方法、新 技术，是刻不容缓的任务，探索研究降低空调能耗的方法 已成为新的研究方向．
辐射的能量，很难有制冷效果。理想选择性辐射体
对8~13μm波段外的辐射都是全反射，而太阳辐射
光谱主要集中在0.4~4μm波段。因此理论上，理想
选择性辐射体也可以实现白天制冷。
2.3辐射制冷系统
•
采用理想选择性辐射体可以降低表面温度，
但周围环境会通过空气对流和热传导的方式向空
间中的物体传热，使得制冷效果下降。因此，必
波段外反射率为1，而在8~13μm波段内辐射率为1。
理想选择性表面的辐射特性
与天空之间的热交换情况就如图所示
图中曲线l，曲线2和曲线3分别代表了理想辐射体的温度T1、T2、T3辐 射曲线;实线是天空对地面的辐射光谱分布曲线。阴影面积表示辐射体表 面净的热散失，因此温度不断下降。即使当物体温度降至T3时，物体仍 是散热大于得热。可见，具有特性的理想辐射体可以把物体表面温度降
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辐射制冷作为一种无能耗的建筑物空调手段，得到了蓬 勃的发展，表现出了明显的实际意义，并被预言给能源领 域带来重大的变革，使人类在环境保护和能源利用两方面 得到和谐的发展。
二、 辐射制冷的原理
• 结霜是由于水汽在物体表面上凝华， 它意味着尽管此时气温高于0℃，但地 表温度却低于0℃，这是最常见的辐射 制冷现象。
以下两种不同制冷方法：
1.全“透明"盖板与选择性辐射体组合
该组合要求透明盖板对全波段的辐射均有良好的 透过率，而辐射体本身具有接近理想的选择性辐 射特性，即对大气窗口波段有很强的辐射能力， 而对其余波段有很高的反射率。当这种组合体置 于天空下时，白天来自8~13μm波段以外的辐射 被反射回外空间，而夜晚辐射体自身发射的 8~13μm波段的辐射可以透过盖板向空间传送。 由于向外辐射的热量多于吸收的热量，故辐射体 温度降低。