我國(guó)科學(xué)家在無能耗制冷領(lǐng)域研發(fā)取得重大突破

新華社長(zhǎng)春11月15日電（記者孟含琪）記者15日從中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所了解到，該所研究員李煒團(tuán)隊(duì)與合作者探索出一種豎直表面的日間亞環(huán)境輻射制冷新策略，這種制冷方式應(yīng)用后無需消耗能源即可完成制冷，大幅節(jié)約能源并減少溫室氣體排放。這一重大突破于北京時(shí)間15日在國(guó)際期刊《科學(xué)》發(fā)表。

夏日人們?cè)诳照{(diào)房中休息，日常冷鏈運(yùn)輸?shù)戎评湓O(shè)備也不斷耗費(fèi)大量能源，這些都將加劇溫室氣體排放，甚至加快全球變暖的進(jìn)程。面對(duì)這一挑戰(zhàn)，科研人員在不斷尋找無需消耗能源的有效制冷方案。

一些科研團(tuán)隊(duì)從古代伊朗的制冰方式獲得靈感，研發(fā)出日間輻射制冷技術(shù)。當(dāng)時(shí)人們巧妙利用夜晚沙漠的低溫來制冰。這一做法的原理，是基于地球上物體能夠借助8至13微米的大氣透明窗口向寒冷的外太空輻射熱量，實(shí)現(xiàn)低于環(huán)境溫度的自然制冷。

“這種輻射制冷方式屬于被動(dòng)制冷策略，無需消耗電力等能源。”李煒說。近十年來，日間輻射制冷技術(shù)取得顯著進(jìn)步。即使在最炎熱時(shí)，采用熱光子學(xué)原理設(shè)計(jì)的輻射制冷器，仍然能使表面溫度比周圍環(huán)境空氣低出5到10攝氏度。

但大多數(shù)研究成果都聚焦于像樓房屋頂?shù)戎苯用嫦蛱炜盏奈矬w?，F(xiàn)實(shí)生活中，建筑物外墻、車輛以及紡織品等物體大部分外表面都與天空保持豎直方向。面對(duì)這些物體研究日間輻射制冷技術(shù)時(shí)，不僅要考慮有效減少太陽光譜的吸收，還要盡可能提升大氣窗口波段的熱發(fā)射，并設(shè)法避免被高溫地面所加熱。盡管近年來國(guó)際上一些研究團(tuán)隊(duì)做出嘗試，但在豎直表面實(shí)現(xiàn)日間低于環(huán)境溫度的輻射制冷研究仍是挑戰(zhàn)。

對(duì)此，李煒團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新利用熱光子學(xué)手段，提出一種角度非對(duì)稱光譜選擇性熱發(fā)射器，破解了豎直表面日間輻射制冷難題。該發(fā)射器不僅具備高效反射太陽光的能力，還能減少吸收來自大氣和高溫地面的熱輻射，實(shí)現(xiàn)低于環(huán)境溫度的制冷效果。該團(tuán)隊(duì)在晴朗夏季進(jìn)行室外測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了低于環(huán)境溫度2.5攝氏度的制冷效果。

相關(guān)成果在《科學(xué)》發(fā)布后，李煒團(tuán)隊(duì)致力于將研究成果服務(wù)于國(guó)家重大需求，在高效制冷和傳熱等領(lǐng)域發(fā)揮作用，為節(jié)能減排作出貢獻(xiàn)。