杜克大學(xué)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(guó)廣泛部署，則可以將HVAC能耗降低近20%。本發(fā)明使用力學(xué)和材料科學(xué)的組合來利用或排出某些波長(zhǎng)的光。取決于條件，輥?zhàn)觼砘匾苿?dòng)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(jì)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(jìn)入太空。

杜克大學(xué)機(jī)械工程和材料科學(xué)助理教授，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人許寶春說：“我認(rèn)為我們是第一個(gè)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(jìn)行切換。” 。“這使得材料可以移動(dòng)，同時(shí)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(guó)，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(shí)甚至需要在24小時(shí)之內(nèi))在寒冷的天氣中進(jìn)行采暖和制冷。Hsu和他的團(tuán)隊(duì)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(jì)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(kuò)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(shí)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(jī)硅，它們像鏡子一樣反射太陽的光線。這些材料的獨(dú)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(huì)與地球大氣中的氣體發(fā)生相互作用，而很容易進(jìn)入外太空。

當(dāng)天氣變化導(dǎo)致需要加熱時(shí)，電荷釋放，輥?zhàn)友刂壍览瓌?dòng)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(tuán)隊(duì)認(rèn)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(duì)建筑物進(jìn)行加熱和冷卻。” “我還認(rèn)為，如果進(jìn)行額外的工程設(shè)計(jì)，它也可以在墻壁上使用，從而形成一種可切換的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。” 徐說。

向前邁進(jìn)，團(tuán)隊(duì)正在研究設(shè)計(jì)的多個(gè)方面，以將其從原型發(fā)展為可擴(kuò)展的制造方式。Hsu解釋說，其中之一是對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的長(zhǎng)期磨損和專用材料成本的擔(dān)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(xué)方式而非機(jī)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(xiàng)技術(shù)將來可能會(huì)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(guó)全年幾乎每個(gè)氣候區(qū)都需要同時(shí)供暖和制冷，因此這種雙模設(shè)備的優(yōu)勢(shì)顯而易見。”

標(biāo)簽： 納米材料