文献综述(或调研报告):
1.天空辐射制冷技术
随着能源紧张和环境破坏等问题的日益突出,节能与环保越来越受到各行各业的关注。在我国,建筑能耗占社会总能耗的30%左右,而建筑空调系统能耗占建筑总能耗的40%左右,因此建筑节能的关键是空调系统节能。建筑围护结构是影响建筑能耗的重要因素,而屋顶是建筑围护结构中直接吸收太阳辐射,对外进行热交换的重要媒介,其热工性能对建筑能耗影响重大。
常规制冷技术是将房间里的热通过做功的方式排到大气或其他外界环境中去,这种制冷方式使得地球越来越热,与这种制冷方式不同,天空辐射制冷技术是利用宇宙空间的冷黑环境(温度低于4.2k,黑度近似为1),将热量通过辐射的方式传递到了宇宙空间来进行降温的它是一种被动式制冷技术,可用在建筑物屋顶或其他外面上,达到辅助降温的目的。[1]
作为一种新型制冷技术,天空辐射制冷技术在其耗能低,无污染,无噪声的种种优点背后不可或缺的存在着某些不足,首先其作为一种被动冷却技术,它在冬天也会带来一定的冷负荷,限制了其在严寒与寒冷地区的应用,但对于冷库或者通讯基站这类全年热负荷巨大的建筑,天空辐射制冷技术仍然大有可为;其次,现有的辐射制冷技术还不成熟,其在夜晚的表现良好,但是在更加炎热的白天,表现却不尽如人意,还需进一步改进技术与革新材料,才能实际投入使用中去。
2.冷库能源缺口巨大
食品安全是中国政府极为关注的问题,冷链将在解决这一特殊问题方面发挥至关重要的作用。有效的冷链将确保良好的食品质量,减少损失和污染,同时大大改善食品供应系统;因此,政府高度重视冷链物流。过去几年中政府颁布的若干中央一号文件确定了发展有效和高效的冷链的计划。在16年,在全世界范围内,整体冷库容量上中国已经排名第三,[2]仅次于印度和美国,但从平均上看,与日本,美国和欧洲国家相比,中国的人均冷库容量仍然很低,因而发展潜力巨大,据中物联冷链委、链库不完全统计,2018上半年全国冷库需求超过150万平米,同比增长14.9%,增势迅猛。因此如何降低冷库的能源消耗成了重中之重,而在上文说过,天空辐射制冷技术能够维持全年的供冷需求,而且运行成本极低,是一项非常适合在冷库推广运行的制冷技术。
3.研究现状
Hong Fang[3]他们发现,由于屋顶(尤其是平坦和低坡度的屋顶)通常比立面受到的阳光照射更多,因此减少通过屋顶的热量吸收可以大大减少建筑能耗。减少通过屋顶结构获得的热量的主要方法之一是安装凉爽的屋顶材料,该材料比标准屋顶可以反射更多的阳光并且吸收更少的热量。Kolokotroni[4]的研究表明,凉爽的屋顶在阳光直射下能够比传统屋顶平均低2.5°C。此外,凉爽的屋顶还被设计成具有比常规屋顶更高的红外辐射,并且可以更有效地向天空发射长波辐射,从而避免了屋顶结构中的累积热量在夜间进入建筑空间
Dardir,M[5]-[6]研究了用于建筑围护结构的PAHX( phase change material (PCM)-to-air heat exchangers 相变材料-空气热交换器)系统,相变材料(PCM)由于具有蓄热能力,因此正在建筑应用中使用。而至于PAHX系统,它由与内部空气通道(空气在其中流动)和外部空气腔或周围环境接触的PCM面板组成。该系统将PCM面板并排布置以面对天空,以放大PCM面板与天空之间的热辐射交换效果(辐射到天空的辐射)该系统主要设计用于自由冷却,其中面板的布局允许在PCM固化期间向天空辐射热量,以此增加冷却充电的潜力。PCM面板和空气之间的目标热交换发生在空气通道内部,使得该系统可在夜间将热辐射散布到天空中,从而最大程度地发挥散热潜力。Dardir,M等人使用了两种不同类型的PCM并在实际条件下设计并测试了两个已开发的PAHX系统。在进行参数分析之后,研究了在空气通道中的各种空气流速曲线和各种进气温度条件下的系统热性能。他们的结果表明,集成有PAHX的建筑围护结构可以将天空辐射用作冷却源。说明了天空辐射制冷技术在建筑围护结构上的可行性。
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