電力救星 不開冷氣讓室內維持20度

酷夏外頭溫度動輒達到37、38度,如何讓室內維持在20度,而且還不耗什麼電?一層薄膜就能辦到!

全美約6%的發電,用於支援家庭和企業的空調。隨著巴西、中國和印度等國家愈來愈富有,空調用電比例很可能也會大大提高。這不僅會讓電費帳單變肥,也會增加二氧化碳溫室氣體排放量。

科羅拉多大學波德分校華裔科學家楊榮貴(Ronggui Yang)和尹曉波(Xiaobo Yin) 發表於國際期刊《科學》(Science)的報告,似乎找到了替代解決方案。他們發明一種薄膜,可以在不使用冷媒甚至任何電力下,讓一棟建築涼起來。

更棒的是,如果用標準化流程生產,這種薄膜的成本可以低廉到每平方公尺50美分(台幣15元)。

這種新薄膜所使用的技術稱為輻射致冷,由於地球會讓特定波長的紅外線輻射逸散,此技術可以將不需要的熱,轉換成得以逸散的波長,然後把地球上利用不了的熱量源源不斷地輸送到宇宙中。

楊榮貴博士和尹曉波博士不是第一個試圖用類似方式為建築降溫的科學家。2014年,史丹佛大學電機工程教授范善輝(Shanhui Fan,音譯)也展示利用此原理的一種裝置。但范善輝研究出的材料,使用含二氧化矽和二氧化鉿交疊層的奈米光子材料,如果要大量製造,技術困難且相當昂貴。

相對之下,楊榮貴和尹曉波博士研究出的薄膜是用聚甲基戊烯製造,也就是一般常稱的TPX。他們在這種熱可塑性非結晶型塑膠中混入玻璃微珠,製成的50微米厚的薄膜,並在其中一面鍍銀。

如果把這種薄膜放在屋頂上,銀色的一面朝下。日光就會反射,而不會讓建築熱烘烘。

但這麼做只會讓屋子不熱,怎麼做到冷卻呢?關鍵就在於玻璃微珠。氣溫的維持不是一個靜態過程。所有的物件都會吸收和散熱,散熱是按照紅外線輻射形式。而對玻璃珠來說,輻射波長取決於玻璃珠的直徑。直徑約8微米的珠珠所排放的紅外線波長,會直接進入大氣中。既然轉換成紅外線的熱源是來自建築下方,就會達到為建築降溫的效果。

這種薄膜的致冷效果非常有說服力,在陽光直射下,可達93W/平方公尺的輻射製冷功率,入夜後又更高。研究團隊預估,如果在一般美國房屋的屋頂上加裝20平方公尺這種薄膜,就可以在戶外攝氏37度情況下,讓室內維持在攝氏20度。

如果要調節製冷量,任何應用這種薄膜的實用系統可能都需要水管把熱量從室內傳送到製冷系統。當戶外溫度變化時,控制水量,將可以保持室內溫度穩定。當然控制水流本身需要用電,但用電量很少。除此之外,這套系統的運作完全取決於地球表面和外太空間的攝氏290度溫差。

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2019.12.14