提高冷却能力低辐射的Condensation-Free辐射冷却冷冻天花板gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba自适应双层红外膜gydF4y2Ba
杜客gydF4y2Ba
1、2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
Huijun吴gydF4y2Ba
1、2gydF4y2Ba*,gydF4y2Ba
陵郭gydF4y2Ba1、2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba黄贡生gydF4y2Ba3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba新华社徐gydF4y2Ba4gydF4y2Ba和gydF4y2Ba
刘三gydF4y2Ba
1、2gydF4y2Ba
- 1gydF4y2Ba土木工程学院、广州大学、广州,中国gydF4y2Ba
- 2gydF4y2Ba广东省重点实验室的建筑节能和应用技术,广州大学,广州,中国gydF4y2Ba
- 3gydF4y2Ba建筑和土木工程学系香港城市大学,香港,中国gydF4y2Ba
- 4gydF4y2Ba建筑环境与能源工程系,华中科技大学,武汉,中国gydF4y2Ba
辐射冷却也被公认为节能技术相比传统的对流冷却和热舒适。然而,辐射冷却存在两个严重的问题(即,冷却能力不足和高凝风险)特别是在炎热和潮湿的气候区。通过添加双层红外透明膜(dim)辐射冷却板上,与空气接触面的可以分开的冷却源表面,这使得它可以使用低温冷源与空气接触面的同时保持高于露点温度。辐射传热的降低是透明的收益率大冷却能力虽然冷冻天花板高发射率(如上图0.9)。然而,对于金属冷冻天花板低辐射,辐射热量从冷负荷通过dim冷冻天花板就会减少,导致冷却能力不足。在本文中,自适应的一种双层红外膜(a-DIMs)组成一个高的辐射率,提出了膜和高透明膜提高冷却能力的传统金属冷冻天花板。高的辐射率膜作为辐射冷却表面而不是低辐射冷却上限,提高辐射热通量,而高透明膜允许从冷负荷大辐射热冷冻天花板。结合传热分析基于半透明表面辐射和自然对流进行了预测condensation-free辐射冷却的冷却能力。结果表明,冷却能力可以通过添加101.9 w /㎡a-DIMs组成的高的辐射率膜0.96和0.87的高透明膜,提高了2倍比传统金属冷冻天花板较低的发射率为0.2。此外,冷却能力通过添加a-DIMs进一步相比提高了25%,通过使用红外透明暗淡了我们之前的工作。 The results also indicate that the cooling capacity could be improved by above 2 times compared to conventional low-emissivity metal chilled ceiling by using the radiant cooling with a-DIMs for various humidity. It will be of great guidance for high-performance radiant cooling design without condensation and improved cooling capacity for low-emissivity metal chilled ceiling.
1介绍gydF4y2Ba
城市化促进了快速增长的经济发展,也导致了建筑能源消耗的比例迅速上升,在中国的总能量消耗(gydF4y2Ba徐et al ., 2016gydF4y2Ba)。报告(gydF4y2Ba清华大学建筑节能研究中心,2020gydF4y2Ba2020年)表明,施工操作的能源消耗占能源消费总量的22%在中国社会,为建设节能操作的需求是迫切的。室内冷却是主要原因之一,建筑能源消耗的增加(gydF4y2Ba山et al ., 2017gydF4y2Ba)。与常规空调系统相比,辐射冷却已证实有很多优势(gydF4y2Ba李承晚和金,2015年gydF4y2Ba),包括节能(gydF4y2Ba妞妞et al ., 2002gydF4y2Ba;gydF4y2Ba哈桑和作为礼尚往来,2020gydF4y2Ba;gydF4y2Ba李et al ., 2020gydF4y2Ba)、热舒适(gydF4y2Ba田和爱,2008gydF4y2Ba;gydF4y2Ba金正日et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2BaKaracavus, avdin公司,2019年版gydF4y2Ba)和室内空气质量(gydF4y2BaJagjit et al ., 2010gydF4y2Ba;gydF4y2Ba军刀et al ., 2014gydF4y2Ba)。然而,由于限制的露点温度对冷却源温度(gydF4y2Ba吴et al ., 2021gydF4y2Ba),冷却能力是有限的,这阻碍了应用辐射冷却在炎热和潮湿的地区(gydF4y2BaRhee et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2Ba宁,2020gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
为了克服的局限性露点温度对辐射冷却的冷却能力,一种透红外线膜用于分离辐射环境空气的冷却表面。它提供了可能性,提高冷却能力降低冷却源,同时保持接触空气的温度表面温度高于露点温度condensation-free目的。该方法首次提出了莫尔斯(gydF4y2Ba莫尔斯,1963gydF4y2Ba由()最近在1960年代和验证gydF4y2Ba分类的et al ., 2019gydF4y2Ba)通过选择一些常用高分子材料作为红外透明膜。实验表明,低温冷却5°C的来源也可能采用32°C / 70% RH环境没有凝结,在有效辐射冷却温度为15.8°C。此外,(gydF4y2Ba分类的et al ., 2020gydF4y2Ba)构造了一个室外辐射冷却馆,使用了一种透红外线薄膜提供辐射冷却温度低于露点。工作证明红外膜来提高辐射冷却能力的可行性通过使用低温冷却源低于露点。gydF4y2Ba
最近,定量评价与红外辐射冷却透明膜冷却能力是由数值建模和烟气传播实验。(gydF4y2Ba邢et al ., 2020gydF4y2Ba)建立了一个性能预测模型与红外辐射冷却透明膜预测冷却能力。通过使用模型,红外透明膜性质对冷却能力的影响红外透明盖也被调查。结果表明,辐射冷却表面的温度可以降低到7°C没有凝结在相对湿度低于65%。相应的冷却能力为103.2 w /㎡,这与传统辐射冷却相比提高了42%。(gydF4y2Ba梁et al ., 2021gydF4y2Ba)。开发了一种计算流体动力学模型来评估辐射冷却的热环境使用低冷却温度。,结果表明,低辐射冷却温度下的热舒适满意的舒适标准ASHRAE这样的标准。(gydF4y2BaZhang et al ., 2021gydF4y2Ba)。建立了传热模型使用空气层two-flux方法综合辐射冷却装置,还可以帮助选择或指定标准透红外线薄膜材料的发展。(gydF4y2Ba杜et al ., 2021gydF4y2Ba)。提出了一个condensation-free辐射冷却用双层覆盖冷却源膜透红外线(dim)。相关的传热模型和实验进行了烟气传播展示冷却能力的改善。结果表明,冷却能力与dim 104.0 W /㎡, 48%相比,改进传统的辐射冷却采用低温冷却7°C的来源。同时,冷凝的风险被控制消除接触空气表面温度高于露点温度。因此,添加红外透明膜上冷冻天花板提供了可能性与空气接触面使用低温冷源,同时保持高于露点温度,以提高冷却能力。gydF4y2Ba
之前的文献红外膜辅助辐射冷却专注于冷冻天花板发射率高,例如,0.95 (gydF4y2Ba分类的et al ., 2019gydF4y2Ba),0.9 (gydF4y2Ba邢et al ., 2020gydF4y2Ba),0.95 (gydF4y2Ba杜et al ., 2021gydF4y2Ba)。高发射率冷冻天花板从冷负荷大辐射潜在冷却源,在红外透明膜有利于充分的冷却能力。然而,冷冻冷却可以分为两种类型根据表面的辐射特性(gydF4y2Ba李et al ., 2008gydF4y2Ba)。一个表面高发射率(例如,冷冻水管道直接嵌入在结构板,石膏板,或石膏,是冷却表面,和这些材料的发射率通常高于0.9)。另一个低辐射表面(如。,年代u年代pended metal ceiling panels with copper tubing, in order to reduce heat transfer resistance, are generally made of aluminum, iron and other metal materials with emissivity of about 0.2–0.3 (路,2020gydF4y2Ba)]。关于后者低eimissivity冷冻天花板,辐射可能从冷负荷到冷冻天花板就会减少,导致冷却能力不足。,红外透明膜覆盖冷冻天花板不可能提高冷却能力的优化。冷却能力可以进一步通过优化改善红外红外膜辅助辐射冷却的参数。gydF4y2Ba
在这个工作中,为了提高金属冷却的冷却能力上限,这是极大地限制由于其低辐射表面,一种自适应双层红外膜(a-DIMs)组成一个高发射率提出了膜和高透明膜。与a-DIMs condensation-free辐射冷却的传热模型成立。的影响红外膜和夹层的a-DIMs condensation-free条件下探讨了冷却性能。gydF4y2Ba
2 Condensation-free造型与A-DIMs辐射冷却gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba给出了结构与a-DIMs condensation-free辐射冷却的。它由冷冻天花板,上面的红外(IR)膜,框架,层间空气和降低红外膜。上红外膜,坚持冷冻天花板的表面几乎没有热阻由于小厚度(约50μm)。因此,提出了一些假设。上层的温度红外膜表面到处都是平等的和的冷却源。上层的温度红外膜可以近似为冷却温度和较低表面取代冷冻天花板的表面辐射冷却表面。因此,上面的红外膜功能命名为辐射冷却膜。低红外膜分离从a-DIMs形成的层间空气环境空气,和下表面膜与空气接触面作为,以便降低红外膜功能命名为(环境)接触空气膜。gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba。与a-DIMs condensation-free辐射冷却结构。gydF4y2Ba
上部和下部红外膜密封,中间充斥着干燥的空气形成了双层红外膜,改善冷却能力的两个目标分解和防止冷凝。对于传统的辐射冷却,冷却源表面与空气接触面的同时gydF4y2Ba图2一个gydF4y2Ba。然而,与a-DIMs辐射冷却,接触空气和辐射表面a-DIMs是解耦的,gydF4y2Ba图2 bgydF4y2Ba。在此结构中,红外透明膜的允许辐射换热发生直接辐射冷却和辐射之间的负载,而干燥的空气和低热导率层与空气接触面能够保持高温度,预防凝结导致可靠性高。辐射冷却膜可以提高冷却能力降低冷却温度。和接触空气膜可以避免冷凝通过维持其温度高于周围空气的露点温度。当的上半部分和下半部分都红外膜透光率高,这些被称为双层膜透红外线(dim) (gydF4y2Ba杜et al ., 2021gydF4y2Ba)。在这工作,旨在提高冷却能力的低辐射金属冷冻天花板,一种新型的自适应双层红外膜(a-DIMs)组成的一个层的高的辐射率辐射冷却膜和一层high-transmittance接触空气膜。gydF4y2Ba
图2gydF4y2Ba。之间的比较gydF4y2Ba(一)gydF4y2Ba传统的辐射冷却;gydF4y2Ba(B)gydF4y2Ba与a-DIMs condensation-free辐射冷却系统。gydF4y2Ba
所示gydF4y2Ba图3gydF4y2Bacondensation-free辐射冷却的冷却能力,a-DIMs包括两个部分,它可以表示为:gydF4y2Ba
在哪里gydF4y2Ba问gydF4y2BargydF4y2Ba辐射通量和qc对流通量。对流通量是层间干燥的空气之间的对流换热表面辐射冷却和表面接触空气。根据文献(gydF4y2Ba杰克和约翰,2011年gydF4y2Ba),对流通量可以表示为:gydF4y2Ba
在哪里gydF4y2BaνλgydF4y2Ba的热导率取决于空气夹层的平均温度,gydF4y2BaδgydF4y2Ba空气夹层的厚度的a-DIMsΔgydF4y2BaTgydF4y2Ba之间的温差制冷源表面和表面接触空气。gydF4y2BaνgydF4y2Ba是努塞尔特数,它是一个函数的格拉晓夫数(gydF4y2BaGrgydF4y2Ba)和普朗特数(gydF4y2Ba公关gydF4y2Ba)。的值gydF4y2Ba公关gydF4y2Ba依靠空气夹层的平均温度,gydF4y2Ba
在哪里gydF4y2BaggydF4y2Ba引力常数(9.81米/秒gydF4y2Ba2gydF4y2Ba),gydF4y2BaαgydF4y2Ba层间空气的热扩散率,gydF4y2BaνgydF4y2Ba的动态粘度层间的空气。基于这些价值观,gydF4y2Ba
图3gydF4y2Ba。整体与a-DIMs condensation-free辐射冷却的传热过程。gydF4y2Ba
图4gydF4y2Ba显示了一个辐射网络代表之间的净辐射传输冷却表面和冷负荷的表面。低辐射冷却表面之间的辐射通量膜表面和冷负荷可分为两部分。第一个是gydF4y2Ba问gydF4y2BarεgydF4y2Ba辐射传热参与的接触空气膜,可视为通过一个不透明的辐射屏蔽辐射交换。第二部分是gydF4y2Ba问gydF4y2BarτgydF4y2Ba这是透明的辐射通量之间传输冷却源和冷负荷。gydF4y2Ba
图4gydF4y2Ba。辐射网络代表之间的净辐射传输冷却表面和冷负荷的表面。gydF4y2Ba
总热通量辐射冷负荷和冷却源之间的膜表面覆盖有透红外线膜的特点是所示的连续热阻gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba。黑体的发射力量与温度相关的每个表面热辐射节点连接,使用适当的形式的表面电阻。因此,净辐射冷却源和冷负荷之间的交换可以表示为:gydF4y2Ba
在哪里gydF4y2BaEgydF4y2Ba黑洞gydF4y2Ba表面是黑体的发射能力的冷负荷,gydF4y2BaEgydF4y2Ba公元前gydF4y2Ba是黑体发射能力的冷却源,gydF4y2BaRgydF4y2Ba年代,mcgydF4y2Ba时表面透红外线的辐射电阻膜扩散灰色表面作为衬底,gydF4y2BaRgydF4y2Ba年代,hgydF4y2Ba是冷负荷的表面辐射电阻表面,gydF4y2BaRgydF4y2BatgydF4y2Ba是一个多辐射阻力。每个部分的辐射电阻计算如下:gydF4y2Ba
在哪里gydF4y2BaεgydF4y2Ba,gydF4y2BaρgydF4y2Ba和gydF4y2BaτgydF4y2Ba代表辐射率、反射率和透射率的表面,分别。下标gydF4y2Bam1gydF4y2Ba代表辐射冷却膜,下标gydF4y2Ba㎡平方米gydF4y2Ba代表接触空气膜,下标gydF4y2BahgydF4y2Ba代表冷负荷表面,下标gydF4y2BacgydF4y2Ba代表的冷却源表面。gydF4y2BaRgydF4y2BaggydF4y2Ba是几何辐射电阻是由表面之间的视角系数决定的,然后呢gydF4y2BaRgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba是表面辐射电阻是由某些表面的红外辐射特性。与空气接触面的温度gydF4y2BatgydF4y2Ba米gydF4y2Ba可以计算黑体发射能力的接触空气膜gydF4y2BaEgydF4y2BabmgydF4y2Ba:gydF4y2Ba
在哪里gydF4y2BaJgydF4y2Bam0gydF4y2Ba是净辐射表面的辐射冷却膜,然后呢gydF4y2BaσgydF4y2Ba是Stefan-Boltzman常数,5.67×10吗gydF4y2Ba8gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
膜的红外辐射特性,包括发射率,反射率和透射率的关键与a-DIMs condensation-free辐射冷却的冷却性能。对于各种红外辐射参数,冷却能力(包括辐射通量和对流通量)根据上述公式计算。辐射的影响辐射冷却膜的性能参数和接触空气膜冷却性能进行了研究。显示了数值计算gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
图5gydF4y2Ba。数值计算的流程图。gydF4y2Ba
3结果与讨论gydF4y2Ba
3.1影响辐射冷却表面发射率的冷却性能gydF4y2Ba
冷冻天花板的常用类型包括石膏板、石膏、金属板等。这些不同的表面的发射率明显不同,和裸露的冷冻天花板的辐射冷却能力(没有a-DIMs)相当不同,相应的。gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba显示冷却的冷却能力上限不同发射率表面辐射冷却时温度设定在17.5°C。它可以观察到,冷却能力明显降低辐射冷却温度从1.0降低到0.1。例如,随着发射率是预设为0.95,0.6和0.2,冷却能力为68.6,53.9和33.8 w /㎡。低辐射表面(如0.2发射率)、冷却能力只是(0.8发射率)的0.62倍和0.49倍(0.95发射率)的表面高的辐射率。主要原因是减少辐射的辐射冷却表面之间的辐射传热减弱冷却源和冷负荷。因此,天花板低辐射冷却的冷却能力很差,还远远没有满足工程要求。,有必要采取措施来提高低辐射冷却的冷却性能上限。gydF4y2Ba
图6gydF4y2Ba。冷却的冷却能力上限不同发射率表面辐射冷却时温度设置为17.5。gydF4y2Ba
3.2提高Condensation-Free辐射冷却的冷却能力gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba增加辐射冷却膜的红外辐射特性a-DIMsgydF4y2Ba
a-DIMs用于解决问题的表现不佳的低辐射冷冻天花板,这是极度相关的辐射冷却膜与冷冻天花板的表面紧密装配。考虑到低辐射冷却表面膜代替冷冻天花板的表面辐射冷却表面,分析了提高冷却能力增加辐射冷却膜的发射率。因此,高的辐射率,选择膜的辐射冷却膜。和红外辐射特性的参数的辐射冷却膜所示gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba。另一个膜(接触空气膜)的参数给出gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba显示了几何参数和操作温度与a-DIMs辐射冷却。与此同时,为了评估退去的适用性低辐射冷却冷却,两种类型的condensation-free辐射冷却进行了比较。a-DIMs和dim之间的主要区别是辐射冷却膜是否有高透明度或发射率。gydF4y2Ba
表1gydF4y2Ba。红外辐射供冷的属性参数和接触空气膜。gydF4y2Ba
表2gydF4y2Ba。几何参数和操作温度与a-DIMs辐射冷却。gydF4y2Ba
图7gydF4y2Ba显示了低辐射冷却能力的比较冷冻天花板(0.2发射率)之间传统的辐射冷却,辐射冷却与dim和辐射冷却a-DIMs辐射冷却时温度是8°C。为了防止冷凝环境空气,接触空气表面温度(gydF4y2BatgydF4y2Ba米gydF4y2Ba)应该控制比环境空气的露点温度高(例如17.5°C)。它可以计算出与空气接触面的温度是17.6°C使用a-DIMs,使用降低23.5°C,这都是高于露点。因此,凝结的风险可以被淘汰的辐射冷却温度8°C。辐射冷却的冷却能力a-DIMs 101.9 w /㎡,提高了2倍比传统金属冷冻天花板较低的发射率为0.2。此外,冷却能力通过添加a-DIMs进一步相比提高了63%,通过使用红外透明暗淡。gydF4y2Ba
图7gydF4y2Ba。改善辐射冷却能力与dim和a-DIMs相比传统的低辐射冷却上限为0.2。gydF4y2Ba
为了确定a-DIMs的适用性,gydF4y2Ba图8gydF4y2Ba显示了冷却的冷却能力的比较天花板发射率为0.6和0.95,分别。它可以观察到,辐射冷却的冷却能力a-DIMs 104.3 w /㎡冷冻天花板有不同发射率,和相应的辐射通量和对流通量是相同的。这是由于高的辐射率辐射冷却膜发生冷冻天花板的表面的辐射冷却表面传热参与的过程,因此,不再冷冻天花板的表面发射率影响的冷却性能。传统辐射冷却,冷却的冷却能力天花板发射率为0.6和0.95是53.9和68.6 W /㎡,分别。condensation-free辐射冷却的冷却能力与dim增加了50%和65,分别和condensation-free辐射冷却和a-DIMs增加了52%和93,分别。与高的辐射率,因此,对于冷冻上限,辐射冷却和a-DIMs还可以提高冷却能力降低辐射冷却温度。和改进比辐射冷却与dim。然而,改善并不是那么有效的冷冻和低辐射上限。gydF4y2Ba
图8gydF4y2Ba。改善辐射冷却能力与dim和a-DIMs相比传统冷冻天花板的0.6和0.95gydF4y2Ba(一)gydF4y2BaεgydF4y2BacgydF4y2Ba= 0.6,gydF4y2Ba(B)gydF4y2BaεgydF4y2BacgydF4y2Ba= 0.95。gydF4y2Ba
应该注意的是,与a-DIMs辐射冷却,实现最大冷却能力1.0当辐射冷却膜的发射率的方法。此外,在透光率为0,冷冻天花板的原始表面的辐射特性不会影响冷却性能。冷冻天花板发射率超过0.8时,冷却能力的改善通过膜高的辐射率小于5%,通过使用高透明膜。考虑到低成本和容易获得的高透明材料如聚乙烯、dim推荐。然而,对于金属冷冻天花板发射率较低,与a-DIMs condensation-free辐射冷却的冷却能力可以提高了2倍。此外,冷却能力与a-DIMs可以进一步与dim相比提高了25%。gydF4y2Ba
图7gydF4y2Ba,gydF4y2Ba8gydF4y2Ba也显示辐射通量和对流冷却能力的通量包括两种类型的condensation-free辐射冷却。冷冻天花板和低辐射,辐射冷却的辐射通量与a-DIMs增加从27.0 w /㎡79.5 w /㎡(高2.9倍)的辐射冷却与dim。原因是辐射冷却膜与选择高的辐射率,大大增加了辐射传热冷却表面。然而,很明显,辐射冷却的对流通量a-DIMs从51.1 w /㎡减少到24.8 w /㎡低(2.1倍),而与辐射冷却与dim。gydF4y2Ba
进一步调查原因对流辐射冷却的通量a-DIMs低于辐射冷却与dim。gydF4y2Ba图9gydF4y2Ba显示了影响因素的比较在不同场景的辐射冷却对流换热。它可以观察到,冷冻天花板的低辐射(如0.2发射率),与空气接触面的对流传热系数和辐射冷却的温度与dim比传统的值高辐射冷却和a-DIMs辐射冷却。主要原因是与空气接触面更高的温度会导致更大的换热温差,更高的平均温度以及相应的层间空气的物理参数。gydF4y2Ba
图9gydF4y2Ba。提高对流通量与dim和a-DIMs相比传统冷冻天花板不同发射率为0.2,0.6和0.95。gydF4y2Ba
为了进一步评估与a-DIMs辐射冷却的影响,gydF4y2Ba图10gydF4y2Ba显示的辐射特性参数的影响辐射冷却膜冷却能力的冷冻天花板发射率为0.95,0.6,和0.2,分别。它可以观察到,冷却能力的变化与辐射特性参数辐射冷却膜是一样的在不同的冷却温度。为冷冻天花板高的辐射率、最大冷却能力时辐射冷却膜的反射率小于0.05,与透光率或发射率的影响不大。与低辐射的冷冻天花板,最大冷却能力发生在1.0辐射冷却膜的发射率的方法。gydF4y2Ba
图10gydF4y2Ba。辐射特性参数的影响的辐射冷却膜冷却能力当辐射冷却的温度设定在8 - 15。gydF4y2Ba
3.3接触空气膜的红外辐射特性的影响与a-DIMs Condensation-Free辐射冷却的冷却能力gydF4y2Ba
图11gydF4y2Ba显示与空气接触面的温度与a-DIMs辐射冷却的各种辐射冷却温度和接触空气膜的透光率。它可以观察到,当辐射冷却的温度从1增加到17°C,与空气接触面的温度线性增加。然而,接触空气表面温度的变化是轻微的增加接触空气膜的透光率。例如,接触空气表面温度的变化都是在±0.1°C时,冷却温度设置在1和17°C。这表明接触空气膜的透光率不确定在适当的冷却冷凝温度。gydF4y2Ba
图11gydF4y2Ba。与空气接触面的温度不同gydF4y2Ba(一)gydF4y2Ba辐射冷却温度gydF4y2Ba(B)gydF4y2Baaircontact膜的透光率。gydF4y2Ba
图12gydF4y2Ba显示了辐射冷却的冷却能力与a-DIMs各种辐射冷却温度和接触空气膜的透光率。它可以观察到,冷却能力随辐射冷却温度降低了从17到1°C。此外,冷却能力增加更快,当冷却的温度减少从2比1。原因是空气夹层变化传导到自然对流随着温差的增加。对流通量和冷却能力增加。它也可以观察到,当接触空气膜的透光率从0.1提高到0.9,冷却能力增加从46.5到67.1 w /㎡冷却温度8°C,并增加从46.5到67.1 w /㎡冷却温度15°C。总之,透光率的增加,与空气接触面的温度略有变化,冷却能力显著增加。因此,透光率尽可能接近1.0应该选择接触空气膜。gydF4y2Ba
图12gydF4y2Ba。冷却能力不同gydF4y2Ba(一)gydF4y2Ba辐射冷却温度gydF4y2Ba(B)gydF4y2Ba接触空气膜的透光率。gydF4y2Ba
3.4影响夹层的厚度的冷却性能gydF4y2Ba
图13gydF4y2Ba显示了夹层厚度的冷却性能的影响时,辐射冷却温度设定在8°C。它可以观察到,与空气接触面的温度从15.5增加到16.8°C,夹层的厚度增加从5到20毫米。然而,辐射和对流热通量的变化是轻微的夹层的厚度的变化。这表明增加夹层厚度可以提高安全性的condensation-free辐射冷却和a-DIMs同时冷却温度。gydF4y2Ba
图13gydF4y2Ba。隔层厚度对制冷性能的影响辐射冷却温度8°C。gydF4y2Ba
3.5评估冷却性能与a-DIMs Condensation-Free辐射冷却的各种环境湿度gydF4y2Ba
湿度范围辐射冷却的冷却性能影响的露点温度。对于传统的辐射冷却,冷却温度不得低于环境空气的露点。另一方面,的情况下接触空气控制表面温度高于周围空气的露点温度,与a-DIMs condensation-free辐射冷却的冷却能力可以增加通过减少辐射冷却温度,和最大冷却能力可以获得最低允许冷却温度。gydF4y2Ba图14gydF4y2Ba显示冷却能力和性能改进的condensation-free辐射冷却和a-DIMs不同RH条件下和红外辐射参数的每个表面所示gydF4y2Ba表3gydF4y2Ba。例如,当相对湿度是75%,相应的露点温度是21.2°C,和最低允许冷却温度可以设置为14.9°C。的最大辐射冷却和冷却能力a-DIMs可以达到70.1 w /㎡, 2.4倍的性能提升相比传统辐射冷却用的冷却温度21.2°C,相当于露点温度。它可以观察到,辐射冷却的冷却能力a-DIMs随相对湿度的增加,由于增加的露点温度影响RH。然而,相比性能改进传统辐射冷却提高随着相对湿度的增加。当相对湿度从50增加到95%,辐射冷却的冷却能力从134.5 w /㎡a-DIMs减少到30.3 w /㎡和性能改进相比传统辐射冷却形式增加2.1倍至2.9倍。gydF4y2Ba
图14gydF4y2Ba。冷却能力和性能改善condensation-free辐射冷却和a-DIMs不同RH条件下。gydF4y2Ba
表3gydF4y2Ba。冷冻天花板表面的红外辐射参数和两个红外膜层。gydF4y2Ba
4结论gydF4y2Ba
为了解决金属冷却能力不足的问题冷发射率较低的天花板,一种新型的自适应双层红外膜(a-DIMs)组成的一个层的高的辐射率,提出了膜和高透明的一层膜。相比与传统的金属冷冻天花板低发射率为0.2,与a-DIMs condensation-free辐射冷却的冷却能力可以提高了2倍。此外,相比之下,双层膜透红外线(dim)提出了在以前的出版物(gydF4y2Ba杜et al ., 2021gydF4y2Ba),冷却能力与a-DIMs可以进一步提高了25%。是导致高发射率膜a-DIMs被用来取代传统金属低辐射辐射冷却冷冻天花板和高透明膜在前面介绍了辐射冷却与dim。高辐射的辐射冷却膜a-DIMs显著提高辐射热通量从冷负荷冷却源。gydF4y2Ba
对于a-DIMs的辐射冷却,最大冷却能力达到1.0当辐射冷却膜的发射率的方法。碳材料的几种可行的被选为辐射冷却膜,已证实辐射率可以达到0.9以上。至于接触空气膜,低密度聚乙烯材料能满足红外透明与a-DIMs condensation-free辐射冷却要求。然而,高性能透红外线膜与高强度和气密性可能是更好的选择,如PE气凝胶和红外透明无机陶瓷。gydF4y2Ba
各种RH条件下进一步的调查表明,显著提高冷却能力高于2倍相比,传统的低辐射金属与a-DIMs冷冻天花板使用辐射冷却。这将是伟大的指导与condensation-free高性能辐射冷却设计和改善冷却能力尤其是对低辐射金属冷冻天花板。gydF4y2Ba
数据可用性声明gydF4y2Ba
原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。gydF4y2Ba
作者的贡献gydF4y2Ba
概念和设计的研究:HW KD, GH,和XX采集的数据:KD分析和解释数据:KD, HW,和GH起草手稿:KD和HW修改手稿至关重要的知识内容:HW, GH, XX,和公司批准的版本的手稿出版:KD, HW, YL、GH, XX,黄。gydF4y2Ba
资金gydF4y2Ba
这项研究得到了国家自然科学基金(No.52078144)。gydF4y2Ba
的利益冲突gydF4y2Ba
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba
出版商的注意gydF4y2Ba
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引用gydF4y2Ba
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命名法gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba发射能力,W /㎡gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba入射辐射通量到表面,W /㎡gydF4y2Ba
HgydF4y2Ba入射辐射通量在一个媒介,W /㎡gydF4y2Ba
JgydF4y2Ba从表面外向的辐射通量,W /㎡gydF4y2Ba
问gydF4y2Ba能量单位时间,WgydF4y2Ba
问gydF4y2Ba单位时间单位面积上的能量,W /㎡gydF4y2Ba
RgydF4y2Ba热阻,㎡·K / WgydF4y2Ba
TgydF4y2Ba绝对温度KgydF4y2Ba
νgydF4y2Ba努塞尔特数gydF4y2Ba
公关gydF4y2Ba普朗特数gydF4y2Ba
希腊符号gydF4y2Ba
τgydF4y2Ba透光率的介质gydF4y2Ba
εgydF4y2Ba发射率的介质gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba表面的反射率gydF4y2Ba
αgydF4y2Ba吸收的介质gydF4y2Ba
λgydF4y2Ba导热系数W / (m·K)gydF4y2Ba
下标gydF4y2Ba
bgydF4y2Ba黑体条件gydF4y2Ba
cgydF4y2Ba热对流;寒冷的面板gydF4y2Ba
hgydF4y2Ba热板gydF4y2Ba
rgydF4y2Ba热辐射gydF4y2Ba
rτgydF4y2Ba透光率产生的辐射能gydF4y2Ba
rεgydF4y2Ba辐射能产生的辐射率gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba总gydF4y2Ba
米gydF4y2Ba膜gydF4y2Ba
年代gydF4y2Ba表面gydF4y2Ba
ggydF4y2Ba几何gydF4y2Ba
wgydF4y2Ba墙gydF4y2Ba
关键词:gydF4y2Bacondensation-free辐射冷却,冷却能力,红外辐射特性,会变暗gydF4y2Ba
引用:gydF4y2Ba郭Du K,吴H, Y,黄G,徐刘X和Y(2022)提高冷却能力低辐射的Condensation-Free辐射冷却冷冻天花板gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba自适应双层红外膜。gydF4y2Ba前面。前面。小卡。Eng。gydF4y2Ba2:905015。doi: 10.3389 / fther.2022.905015gydF4y2Ba
收到:gydF4y2Ba2022年3月26日;gydF4y2Ba接受:gydF4y2Ba2022年5月13日;gydF4y2Ba
发表:gydF4y2Ba2022年6月29日。gydF4y2Ba
编辑:gydF4y2Ba
莫兰王gydF4y2Ba,清华大学,中国gydF4y2Ba审核:gydF4y2Ba
渔洞夏gydF4y2Ba、杭州一袭大学,中国gydF4y2Ba光彩龚gydF4y2Ba湖南大学,中国gydF4y2Ba
鑫崔gydF4y2Ba西安交通大学,中国gydF4y2Ba
版权gydF4y2Ba©2022 Du,吴郭、黄、徐、刘。这是一个开放分布式根据文章gydF4y2Ba知识共享归属许可(CC)。gydF4y2Ba使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。gydF4y2Ba
*通信:gydF4y2BaHuijun吴,gydF4y2Bawuhuijun@tsinghua.org.cngydF4y2Ba