没有空调的世界有多重好处

当大多数人想到制冷时,他们会自动想到空调或制冷房间中的空气。但是,有一种更有效的方法可以利用人体的辐射为人们降温。

为了证明辐射冷却的效果,去年,新加坡建筑和安德林格能源与环境中心的助理教授Forrest Meggers和一组研究人员在新加坡建造了Cold Tube。这是一个户外凉亭,内衬新颖的隔热辐射板,内部装有冷水管道。人体不断与周围的物体交换辐射,并且辐射从热表面流到冷表面。尽管空气本身的温度和湿度通常会感到闷热,但浏览展览的参与者仍向面板辐射了辐射,并感到凉爽。这项新的研究表明,仅通过辐射冷却,人们就可以在炎热潮湿的室外环境中感到舒适,而辐射冷却的能耗却要低得多。能源比冷却大量空气要好。

巧合的是,安德林格能源与环境中心主任卢永霖(Lynn Loo)在新加坡呆了五个月,距离Meggers团队测试冷管的地方不远。Loo表示:“这些替代设计可能会扰乱我们同时考虑冷却空间和促进空气流通的方式,”他也是Theodora D. '78和William H. Walton III '74的工程学教授以及化学和生物工程学教授。“我认为,Cold Tube和类似技术正是可以帮助使热带地区生活更加愉快的创新类型。”

普林斯顿大学的研究人员与不列颠哥伦比亚大学,伯克利大学,新加坡苏黎世联邦理工学院和宾夕法尼亚大学的学者合作,在8月18日的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表了《冷管》研究结果。)。

在此次问答中,Meggers和论文的第一作者Eric Teitelbaum博士(是Meggers的研究生)完成了研究,现在是AIL Research的高级工程师,他评论了其技术在节省资金和能源方面的潜力,还可以通过允许建筑物中更多的空气流通而无需安装新的基础设施或需要额外的能量来冷却更大的空气量,从而使人们在当前的COVID-19危机中保持安全。

关于空调最大的误解是什么?

Meggers:空调不等于制冷。这是一种非常根深蒂固的建筑物降温方法,但并不是唯一的方法。此外,您的窗户式空调只是在冷却房间中现有的空气。他们不会将新的新鲜空气带入您的房间。空调(AC)单元已变得如此标准化并已融入日常生活,但实际上,它们是巨大的机器,需要大量的能量,因此不应像打开电灯开关那样对待。一个看似简单的窗户单元所需的能量比吊扇多10到1000倍,并且打开AC的能量与打开100个房间的照明的能量相当。

冷却墙壁和桌子等表面而不是冷却空气有什么好处?

Meggers:在冷管中,乘员完全通过热辐射进行冷却,这意味着能量主要用于冷却壁内的水,而不是冷却空气。使用空调时,除湿和冷却同时发生。Cold Tube技术的优势在于,它可以将冷却与提供新鲜空气隔离开来,这意味着人们可以在保持舒适度的同时保持窗户打开,同时又不会花费大量的能量来冷却和除湿气流。空气只能呼吸,不能冷却。

这些发现与使人们免受COVID-19等病毒的危害有何关系?

Teitelbaum:当今的建筑方式,仅使用交流电进行冷却,我们无法随意增加向建筑物提供的新鲜空气量,因为空气流量与建筑物所需提供的空调量有关。如果要让更多的室外空气流入建筑物,则还需要额外的能力来对空气进行除湿和冷却。大多数系统都没有能够流通的空气的能力,在许多情况下,建议像最近的COVID-19病毒那样稀释室内空气中的污染物并防止传染蔓延。如果可以的话,它需要大量的能量。但是有了辐射系统,人们就可以打开窗户并保持舒适,同时让更多的新鲜空气进入室内,以减少空气中病毒的浓度。

这项技术如何帮助缓解气候变化?

Teitelbaum:与同等大小的空调相比,该系统的能耗至少低50%。让空气预热五度,同时冷却表面可将能量需求降低多达40%,并保持乘员舒适感。允许更高的气温将节省更多能源。

这种空调替代方案是否可以通过减轻城市热岛效应来改善室外空气质量?

Meggers:我和我的大多数合著者都曾到东南亚旅行,亲眼目睹了AC装置大规模部署的速度。在建筑物中添加空调窗或分体式单元几乎无需考虑对表面温度,城市的气候和热量的影响。这些单元通过将室内空气中的热量排到室外来工作。沿着立面在建筑物外部排热导致人行道和建筑物周围的区域变得非常热,并且许多空间变得无法使用。我们的技术恰恰相反。它提供了重新建立城市各个部分的热可接受性的机会,而无需建造大型公园。您可以在室外安装这些散热板,并在人们可以聚集,饮食和娱乐的地方建造“凉爽的避风港”。

这个实验在为没有交流的人们降温的世界铺平道路上有多重要?

Teitelbaum:要改变人们对建筑环境中舒适系统和能源效率的看法,将需要花费超过8个月的实验。Megger教授的CHAOS实验室的许多研究都集中于扩大知识辐射对热舒适性和效率的影响。Cold Tube实验创造了许多新知识,这在学术上是巨大的成功。在商业上,尽管有些公司正在制造类似的技术,但仍然需要继续展示和试验新概念,以不仅促进技术发展,而且使这种范式转变。从空调向更整体的舒适设计的转变将帮助我们充当地球以及我们自己的建筑环境的管理者。在世界许多地方,例如新加坡和其他越来越多地寻求空间调节方式的热带地区,除对空气进行除湿外,用于除湿的能源要多得多。这是我们认为我们的舒适范式将最大程度地提高效率和影响的地方之一,因为人们不需要舒适的除湿功能。

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