地表熱量太多?斯坦福研發的輻射源可將熱量排入太空
2016-12-22 08:58:48   來源:科學網
內容摘要
美國斯坦福達的學生研發出了一種新的輻射源,設計這種設備的目的是使其排放的熱量比吸收的熱量更高,并把熱量直接排入太空。

? ??未來,空調將不再是溫室氣體的制造者之一,因為美國科學家的新發明可將熱量直接排入太空。

? ? 物理學家利用放射性冷卻過程將地球表面的熱量排入太空,從而實現了達到記錄水平的降溫。

? ? 美國斯坦福達學生Zhen Chen及同事將熱輻射源的溫度比周圍的空氣溫度降低了42.2℃。該設備的設計目的是使其排放的熱量比吸收的熱量更高。

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? ? “為了實現高性能冷卻,其關鍵是將你希望冷卻的物體與外層空間相聯系,并使其與周圍環境相分離。”Chen說。研究人員將帶輻射源放置在真空室內,使其與周圍大氣隔絕,并切斷了來自傳導或對流的任何熱量,因為這些會導致輻射源溫度升高。來自輻射源的熱量從真空室頂部特殊設計的窗戶上輻射而出,然后被導向空中。

? ? 地球大氣層能讓8-13毫米的熱輻射波段穿過它進入外太空,但大多數物體以不同波長釋放熱量。這臺斯坦福輻射源經過特別設計,如此一來它釋放的大部分熱量位于這一閾值內,這意味著在天氣晴朗的日子里,它可以直接進入太空,而非被大氣層彈回。

? ? 在將空氣泵出真空室的半小時內,該散熱器的溫度劇減40℃,低于周圍的空氣。在接下來的24小時內,它比空氣溫度平均降低37℃。當暴露在太陽溫度達到最高峰的時候,其溫度降低達到最高值42.2℃。此前的輻射冷卻嘗試最大程度地使溫度降低20℃,除非輻射源位于更高的海拔或是低濕度的情況下。


☆空調讓地球升溫:如何用數據解決悖論☆

? ? 2016年7月21日,世界氣象組織在日內瓦總部發表通報稱,全球氣溫連續14個月創下新高,2016年很可能會成為自1880年有記錄以來最熱的年份。

  1928年,世界上第一臺家用空調安裝在了當時全美國最高建筑、21層的德州梅蘭大廈上。這之后,空調逐漸進入城市的每一幢建筑,當中央空調開始普及的時候,空調幾乎就和城市的建筑物一體化了。

  空調讓地球升溫

  在無數空調風機的旋轉聲音中,一個個的房間涼爽下來了。但又正因為空調帶來的溫室氣體排放,熱浪彌散在建筑物的四周和地球的表面,我們周圍的平均溫度都上升了。

  空調沒有讓世界變冷,這是一個悖論!事實是,空調讓地球更熱了。城市的建筑群已經和工業、交通并列成為了導致天氣變熱的三大主要原因。其背后的數據令人驚訝:據聯合國環境規劃署報告,建筑排放占全球年溫室氣體排放的30%。在美國,商業和工業建筑的溫室氣體排放量占了總量的45%。

  目前城市建筑所消耗的能源中,大約有30%是被浪費的,其中空調是主因。而美國的另一組研究數據則表明,美國如果能減少10%的建筑物排放,就相當于減少4900萬行駛車輛的排放量,請注意,整個上海的汽車保有量,才不過330萬輛。

  就像我們離不開汽車一樣,現代的人類也無法拋棄空調。當下唯一的選擇,就是更聰明地使用空調。換句話說,我們必須提高管理水平,減少能源浪費和建筑物溫室氣體的排放。

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? ? 傳感器讓建筑更聰明

  方法就是基于大數據的智能管理,我們需要傳感器。未來,在建筑物的每一個重要的部位都會出現傳感器。

  傳感器會將房間的各種狀態實時傳送到大樓的控制中心,大量的信息將被收集傳送到云端,無論是商用空間還是公寓,每一個重要部位的狀況,哪里發生了錯誤或問題,都可以立刻顯示在管理人員的屏幕上。工程師不僅可以通過電腦監控一幢建筑的空調情況,相關信息還可以通過手機查看。

  除了工程師,業主也可以通過自己增加傳感器和創建新的應用程序來收集不同類型的數據,不僅可以收集到有關能源使用的信息,業主還可以獲得系統發出的如何節能的建議。

  有了數據和自動化控制的系統,節約能源其實非常容易。例如,你需要在早上3點也把空調開在22℃嗎?當一個辦公室只有幾個人加班時,需要開一整層樓的燈嗎?你離開時忘記關燈和空調怎么辦?這些問題都可以通過自動化系統解決。系統還可以自動識別無人房間,向你的手機發出通知,詢問你是否需要關閉空調,或者自動幫你關掉。

  又例如,一臺水冷器其實可以關閉20分鐘甚至幾個小時,或者溫度可以再上調幾度。某個房間耗能過大可能是因為空調溫度太低,那什么溫度最合適呢?大堂里的燈什么時間可以暗一點?這些調整看似細小,但聚集起來將大幅減少能耗。

  據報道,谷歌的數據中心已經開始使用神經網絡算法來預測用電量的變化,從而達到減少能耗的目的。該神經網絡研究的因素包括了服務器總負載,水泵、冷卻塔、冷水機組、干式冷卻器、運行中的冷水注水泵數量,冷卻塔水溫、濕球溫度、戶外濕度、風速、風向等等因素。其基本的思路還是傳感器,通過部署成千上萬個數據點來收集數據中心內基礎設施的用電信息,控制風扇和散熱系統。

  類似的技術將在未來十年走進我們身邊的普通建筑。芝加哥有一座老建筑,John Hancock中心,它建于1969年,已經50多歲了,卻歷久彌新,在節能減排領域走在前列。在它們最新應用的自動化系統中,不僅在供暖和空調系統中都安裝了傳感器,監控還可以擴展到每一盞燈、每一座風扇和每一臺電梯。

  在阿里巴巴的西溪園區,有七座大樓,每一座都有幾千人在里面辦公,一個大廳就可能上千平方米,幾百個工位依次排開,阿里巴巴已經開發了一個應用,晚上加班的時候,每個人可以只打開自己頭頂的那一盞燈。

  這就是未來商業建筑的樣子。在這里,每個人都可以從任何地方通過手機訪問云端的數據,并更改建筑內的能量設置,如果那里沒有人,那智能中控器就會接管,自動調整設置,把能耗降到最低。


☆美出臺多項節能新政 空調節能方案可降6000萬噸排放☆

? ?美國能源部近日公布了最新的節能規定,其中包括商用空調的節能標準。借助這一攬子行動,美國能夠在2030年前實現削減近3億噸的二氧化碳排放,并為消費者節省逾100億美元的能源開支。 

  白宮方面認為,這一規定將有助于減少商業和工業建筑的能耗。空調節能方案可減少超過6000萬噸的二氧化碳排放,且節能效果在能源部迄今為止推出的各項措施中最為理想。

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? ? 借助這一攬子行動,美國能夠在2030年前實現削減近3億噸的二氧化碳排放,并為消費者節省逾100億美元的能源開支。

  能源部還表示,將對美軍人員進行培訓,以實現在軍事基地安裝太陽能面板。

  美國農業部則稱將在農村地區的540個可再生能源以及節能項目上投資6800萬美元。

  此外,美國住房與城市發展部已做出決定,各州以及社區的貸款擔保基金可以用于太陽能以及節能項目。


☆辦公室空調也“性別歧視”?☆

? ? 辦公室空調有性別歧視?據英國媒體報道,荷蘭馬斯特里赫特大學最近發布的研究發現,全球大部分辦公室的空調系統溫度設定基于普通中年男性新陳代謝率,大都維持在22℃左右,對于女性來說太冷了。重新設定空調標準,不僅可讓員工更舒適,還可減少碳排放。

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? ? 標準50年不變

? ? 即使是炎炎夏日,走進開著空調的辦公室時,人們往往會發現,在辦公室內工作的女性仍穿著各種長袖外套。這是一種普遍卻容易被忽視的現象。最近有科學家對此現象作出了解釋,稱辦公地點對于女性來說太冷了。

? ? 荷蘭馬斯特里赫特大學醫學中心生物生理學家金馬領導的團隊在新一期《自然氣候變化》期刊發表研究報告指出,現在大多數寫字樓的溫度自動調節器,都沿用了“20世紀60年代形成的熱舒適度模型”,這個模型考慮到了室溫、空氣速率、衣服隔熱等各種因素,使用了范格熱舒適公式的一種版本,看似很周到。然而,這一模型卻采用了40歲左右的成年男性人體代謝速率作為標準來計算出適宜的工作室溫,規定了約22℃的標準工作場所室溫,可是這一標準并不符合現今職場情況。

? ? 采納男性的標準作為變量也許反映了當時辦公室工作人員的性別比例。但是如今女性已占據了勞動力大軍的將近一半。以美國為例,現時女性就業人口的比例高達47%。

? ? 男女所需差3℃

? ? 金馬介紹,女性體型普遍比男性小,而且身體脂肪比例較高,所以新陳代謝率低20%-35%。女性需要一個更溫暖的工作環境,適宜的環境溫度大約在25℃左右。研究人員以16名從事簡單文書工作的女性為測試對象,她們穿T恤和慢跑褲時,理想溫度是24.5℃,相比之下男性覺得22℃最舒適。這與過往有研究發現女性適應的溫度較男性高3℃相符。

? ? 該研究團隊稱,公布此研究旨在讓外界重視男女性新陳代謝差異,望重新定義空調溫度標準。

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