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复合材料辐射致冷的实验研究

李英  
【摘要】:降低夏季制冷能耗是提高建筑节能水平、解决能源危机的重要途径之一。研究利用宇宙空间这一巨大的天然冷源,使地面上的物体透过8~13μm这一大气“窗口”,以红外辐射方式来实现自然冷却的辐射致冷方法,成为近年来国内外热能领域研究的重要课题。 从热辐射的本质出发,阐述了热辐射光谱产生的基本机理和选择性热辐射的特点;基于辐射致冷原理,提出实现辐射致冷的关键问题,即寻找具有理想选择特性的红外辐射致冷体。 根据材料红外光谱的特征性,引用红外辐射涂料概念,提出了制备理想选择性辐射体的方法;采用“透明”盖板与选择性辐射体的组合方式搭建致冷实验台,建立相应的温度测试系统。 综合考虑环境变化对辐射致冷效果的影响,分析了辐射体与天空之间辐射换热过程,分别建立了晴天、多云和阴天时辐射体的传热模型,推导出在平衡状态下辐射体所能达到的致冷温度。 采用聚苯板、铝板、醇酸漆铝板、BaSO_4醇酸漆铝板四个实验样本进行辐射致冷效果的实验研究,实验结果表明,制取的辐射致冷体在夜间具有良好的致冷效果,但是白天由于受到太阳辐射的影响,其运用受到一定限制。 考虑到辐射体基料BaSO_4密度对致冷效果的影响,制备不同密度的辐射致冷体分别进行实验测试,分析了基料BaSO_4密度变化对致冷效果的影响规律。在铝板400mm×400mm的致冷面积上,当辐射体基料BaSO_4质量为120g时,辐射体在8~13μm有很好的发射特性,致冷效果最佳。但是,不同密度辐射体的致冷温差达到最大值所需要的时间大体相等,具有一致的动态响应过程。 针对致冷空间高度对致冷效果的影响,采用六种不同高度取值分别进行实验研究。实验结果表明,当致冷空间高度为8cm时,辐射体与致冷空间气体的换热最充分,受外界环境的干扰最小,致冷效果最理想。 结合辐射体基料密度、致冷空间高度等因素对致冷效果影响的综合考虑,对实验装置进行优化设计,获得高达9.4℃的致冷温差。 利用光谱选择性原理,采用BaSO_4粉粒与醇酸树脂复合的方式来实现的辐射致冷,它具有零能耗、无污染、没有运动部件、投资少的优势,是一项具有实用价值和市场前景的新技术。


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