由外太空的空调和太阳的帮助

斯坦福大学电气工程师团队开发了一个可以冷却建筑物的新设备，同时发电。如果原型证明可扩展，该技术可以代表另一种可能的途径，用于减少建筑环境的占地面积，其占用近40％（PDF）仅美国的碳排放量

空调和气候变化在恶性循环中互动：迄今为止的冷却建筑依赖于产生显着的温室气体排放的工艺和设备 - 这是预计会急剧增加在未来几年。随着地球的温暖，对空调的需求增加，从而驱动更高的排放。

虽然1987年蒙特利尔议定书有效减少排放氯氟化碳——最初作为空调技术基础的廉价、破坏臭氧的化学制冷剂——取代它们的氢氟碳化物(hfc)本身也加剧了全球变暖。事实上，氢氟碳化物的变暖效应是2100倍二氧化碳：它们是所谓的超级污染物．

与此同时，我们对清洁电力的胃口继续增长，因为全球人口膨胀和更多的经济部分电气化．

一个可能的解决方案

这个难题要做什么？为什么不在一起解决它们？在最简单的意义上，这就是斯坦福科学家创造的设备所承诺的：这个想法是从阳光下收集热量和来自外太空的寒冷同时- 使用已知的过程串联的太阳能加热辐射冷却在一块集成的设备中。

太阳能加热元件并不是一项新技术;它使用了与其他屋顶太阳能应用相同的半导体材料。然而，研究人员在辐射冷却的综合应用上有了新的突破。辐射冷却是物体通过辐射红外光散发热量的过程。

“众所周知，太阳是一个完美的热源自然，在地球上提供人类，”甄辰说一位工程师说。“大自然也将外太空作为人类完美的散热片，这一点没有得到广泛认可。”

辐射冷却工作如何？考虑到人体是一些物体以红外线辐射的形式散发热量．W冬天要穿得暖和些，这样才能保持热量。地球大气层的作用类似于大衣和帽子，就像地球附近的厚毯子一样吸收热量。一小部分发射在中红外范围内滑过本质上是毯子上的洞，然后被抛到寒冷的外层空间。发热物体的表面温度就会低于周围空气的表面温度。

根据麻省理工学院的技术评论，这种现象解释了挡风玻璃上的霜屑在挡风玻璃上形成霜，即使环境温度尚未达到冻结。来自太阳的日间热量通常倾向于抵消冷却效果;到目前为止，这种现实阻碍了利用辐射冷却的努力进行有益应用。在一个照明四月谈话，物理学家Aaswath Raman在可访问的细节中解释了科学。

我们已经建立了第一天可以使能量和节省能量，在同一位置和同时节省能源的设备，通过控制光的两个非常不同的特性。

这就是在斯坦福在斯坦福测试的新技术进来的地方。为了缓解日间太阳对辐射冷却的那些取消效果，斯坦福工程设备的顶层设计用于吸收太阳能。该团队在测试期间确认，设备的顶层始终比环境空气更热。同时，由于该装置的辐射冷却元件用硅化合物和在中红外范围发射的其他材料设计，所以底层仍然存在大约9华氏度下面 在晴朗的加利福尼亚屋顶的环境空气温度。

"We’ve built the first device that one day could make energy and save energy, in the same place and at the same time, by controlling two very different properties of light," said Shanhui Fan, senior author of an article in Joule detailing the team’s research.

在他们的发明可以扩大规模用于商业用途之前，这个团队还有很多工作要做。例如，他们无法测试该设备是否真的能发电，因为他们缺少一些允许这种功能的组件。此外，该团队使用的一些材料也非常昂贵，所以他们正在研究替代材料。例如，该团队认为，原型机真空室上昂贵的锌硒窗口可以被更便宜的硅或锗窗口取代，而不会牺牲性能。

该团队感到自信，他们的研究表明，可再生能源具有比以前理解的更具屋顶潜力，而不仅仅用于发电，而是用于热应用。“我们正试图改变人们如何观看屋顶以收获可再生能源，”陈解释．“在炎热的夏天，你可以连续收获电力，同时，你可以使用该装置冷却你的房子。”

Some experts expect that "any practical implications are very, very far away," but say the Stanford team has accomplished something new and important by showing that cooling technologies and solar panels don’t necessarily have to compete for finite rooftop space and actually can be complementary.

如果他们是正确的，他们的研究将重塑空调和冷却系统的设计，并推动对太阳能如何为其他应用提供动力的进一步探索。