杜克大學的工程師展示了一種用于建筑氣候控制的雙模式供暖和制冷設(shè)備，如果在美國廣泛部署，則可以將HVAC能耗降低近20%。本發(fā)明使用力學和材料科學的組合來利用或排出某些波長的光。取決于條件，輥子來回移動片材以暴露一半上的熱捕獲材料或另一端上的冷卻材料。一種特殊設(shè)計的納米材料，一種材料吸收太陽的能量并捕獲現(xiàn)有的熱量，而另一種則反射光并允許熱量通過地球的大氣逸散并進入太空。

杜克大學機械工程和材料科學助理教授，項目負責人許寶春說：“我認為我們是第一個展示出可逆熱接觸的技術(shù)，它使我們能夠在兩種加熱或冷卻模式之間進行切換。” 。“這使得材料可以移動，同時仍與建筑物保持良好的熱接觸，從而帶入熱量或?qū)崃可l(fā)出去。”

結(jié)果于11月30日在線發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

在美國，約15%的能源消耗(全球范圍內(nèi)超過30%)用于建筑物的供暖和制冷，約占全球溫室氣體排放量的10%。但是，到目前為止，大多數(shù)減少碳足跡的方法都只涉及加熱或冷卻。這樣一來，全世界的溫帶氣候區(qū)就需要在一年之內(nèi)(有時甚至需要在24小時之內(nèi))在寒冷的天氣中進行采暖和制冷。Hsu和他的團隊在新論文中演示了一種設(shè)備，該設(shè)備可以隨著天氣變化使我們保持舒適或涼爽。

經(jīng)過特殊設(shè)計的板材以聚合物復(fù)合材料為基礎(chǔ)，可以通過在其中通電來擴展或收縮。這允許設(shè)備與建筑物保持接觸以傳輸能量，同時仍然能夠脫離，以便滾輪可以在模式之間切換。

薄板的冷卻部分有一層超薄的銀膜，上面覆蓋著一層甚至更薄的透明有機硅，它們像鏡子一樣反射太陽的光線。這些材料的獨特性能還將能量轉(zhuǎn)換為中程紅外光并發(fā)出，這種紅外光不會與地球大氣中的氣體發(fā)生相互作用，而很容易進入外太空。

當天氣變化導致需要加熱時，電荷釋放，輥子沿著軌道拉動紙張。這將片材的冷卻反射性一半換成吸熱性一半。

為了加熱下面的建筑物，工程師使用了一層超薄的銅，上面是一層鋅-銅納米顆粒。通過將納米粒子制成特定尺寸并將它們隔開一定距離，它們與下方的銅發(fā)生相互作用，從而將光捕獲到其表面上，從而使該材料吸收了超過93%的陽光熱量。

Hsu和他的團隊認為該設(shè)備可以與現(xiàn)有的HVAC系統(tǒng)一起使用，而不是完全替代。

休斯說：“我們可以使用水面板將熱水或冷水帶到熱泵或鍋爐系統(tǒng)中，而不是直接對建筑物進行加熱和冷卻。” “我還認為，如果進行額外的工程設(shè)計，它也可以在墻壁上使用，從而形成一種可切換的建筑圍護結(jié)構(gòu)。” 徐說。

向前邁進，團隊正在研究設(shè)計的多個方面，以將其從原型發(fā)展為可擴展的制造方式。Hsu解釋說，其中之一是對運動部件的長期磨損和專用材料成本的擔憂。例如，他們將研究低成本鋁是否可以替代白銀，并且還在研究可通過化學方式而非機械方式轉(zhuǎn)換模式的靜態(tài)版本。

盡管遇到了許多障礙，Hsu相信這項技術(shù)將來可能會成為節(jié)能的福音。而且他并不孤單。

Hsu說：“我們已經(jīng)在與一家公司合作，以確定部署該技術(shù)的理想位置。” “而且由于美國全年幾乎每個氣候區(qū)都需要同時供暖和制冷，因此這種雙模設(shè)備的優(yōu)勢顯而易見。”

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