Исследования ночного радиационного потепления с использованием атмосферы

Рабочие механизмы ночного гибридного радиационного потепления с селективным отражателем/поглотителем.Кредит: Свет: Наука и приложения (2023).Doi: 10.1038/s41377-023-01315-y

Традиционно достижение ночного потепления основывалось на активных электрических обогревателях, которые способствуют значительному потреблению энергии и увеличению выбросов углерода.Методы пассивного потепления, в том числе изоляционные одеяла (снижение теплопроводности) и пленки с низкой излучностью (снижение теплового излучения), поставляются с ограничениями, такими как неоптимальная эффективность и общая положительная чистая тепловая потеря.

Воздух, известный своей высокой теплоемкостью, может поддерживать относительно более высокие температуры по сравнению с землей в течение ночи, потенциально служит внешним источником тепла.Чтобы использовать энергию от всей атмосферы над поверхностью Земли, необходимы радиационные методы.

В новой статье, опубликованной в свете: Science & Applications, команда ученых во главе с профессором Цяном Ли из Университета Чжэцзян, Китай, предложила стратегию радиационного потепления ночного времени, основанную на нанофотоническом контроле.Эта стратегия пассивно подавляет тепловое излучение объектов в атмосферном прозрачном окне (8–14 мкМ), активно используя энергию в полосах атмосферного излучения (5–8 мкм и 14–16 мкМ).

Достижение этой стратегии включает в себя покрытие целевой поверхности с помощью селективной отражающей (SR) тонкой пленки, которая демонстрирует высокую отражательную способность в прозрачной полосе атмосферы и высокой поглощаемости в полосах атмосферного излучения, для контроля радиационного потока энергии и эффективного повышения температуры цели.

Исследователи спроектировали и изготовили устройство, используя широкополосную инфракрасную подложку в сочетании с одномерными фотонными кристаллическими пленками германия и цинка.Устройство получило отражательную способность 0,91 в атмосферном прозрачном окне и абсорбтивность 0,7 в атмосферных радиационных полосах.Затем проводились наружные тепловые испытания, показывая, что, покрывая пленку SR, температура цели увеличилась на 2,1 ° C/4,4 ° C по сравнению с широкополосной отражающей (Low-E) поверхностью и широкопользованной поверхности, соответственно.

Исследование также оценило потенциальное применение этой ночной стратегии потепления в городах с различным климатом, демонстрируя, что годовая экономия электроэнергии может превзойти 300 кВт-ч М-2 в различных климатических зонах.

Больше информации: Yining Zhu et al., Ночное радиационное потепление с использованием атмосферы, Light: Science & Applications (2023).Doi: 10.1038/s41377-023-01315-y