太空辐射致冷空调装置的实验研究

　　在秋冬季节的清晨，草叶上、土块上常常会覆盖一层白色的结晶，这就是俗称的“结霜”。结霜是由于水汽在物体表面上凝华，意味着尽管此时气温高于0℃，但地表温度却低于0℃。这种现象就是辐射致冷，它是指地面上的物体通过辐射换热，将自身热量以电磁波的形式发射到接近绝对零度的太空，达到自身冷却的目的。

　　在地面与太空之间，存在大气层的阻隔。大气层对不同波长的太阳和大气辐射有不同透射率，如图1(a)所示。透射率较高(或反射率较低)的波段称为“大气窗口”，如图中实线所示的凹部。物体在常温下发出的红外辐射(8~13µm波段)，恰好能透过“大气窗口”辐射到外太空，如图中虚线所示。因此可以把物体表面降到比环境更低的温度。

　　辐射致冷的目标是：寻找一种材料作为辐射体，其在8~13µm波段的发射率接近1，在其余波段的反射率接近1，则物体在常温下发出的辐射将透过大气层辐射到外太空，而来自太阳的辐射将被反射掉，从而造成能量收支不平衡，实现致冷[1]。理想的辐射体性能曲线如图1(b)所示。国外从上世纪60年代开始对选择性辐射原理、选择性辐射材料、相关装置开展研究[3-7]。国内科研人员从上世纪80年代开始类似的研究[8-9]。到目前为止，前人所做的实验都是尝试不同的辐射体材料进行静态试验，即测量无介质流动时辐射体的温度[10-11]。但是，要将辐射致冷技术应用于建筑物的连续降温，就必须利用一种流动介质来交换热量。为此，研制了利用空气为冷媒介质的辐射致冷试验装置，进行了相关的试验和计算，目的是为辐射致冷用于实际建筑物的夏季致冷提供理论和试验依据。

　　首先介绍了辐射致冷的实现方法，然后采用红外发射率测定仪测定了几种典型材料的红外发射率，并间接确定了低密度聚乙烯(LDPE)薄膜对不同辐射体的透过率，最后将这些材料应用在自行设计的致冷装置中，进行夜间静态与连续抽气实验，探讨了辐射致冷用于建筑物夜间连续降温的可行性。

　　1 辐射致冷材料的选择

　　1.1 辐射致冷系统及实现方法

　　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，必须在制冷空间周围加保温材料，阻止外界热量的传入，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”，而透明盖板必须在8~13µm波段有很高的透过率。常用的盖板材料为LDPE薄膜。透明盖板、保温层与辐射体组成一个基本的辐射致冷系统，在内部产生低温，如图2所示。