复合材料辐射致冷的实验研究

论文摘要

降低夏季制冷能耗是提高建筑节能水平、解决能源危机的重要途径之一。研究利用宇宙空间这一巨大的天然冷源,使地面上的物体透过8～13μm这一大气“窗口”,以红外辐射方式来实现自然冷却的辐射致冷方法,成为近年来国内外热能领域研究的重要课题。从热辐射的本质出发,阐述了热辐射光谱产生的基本机理和选择性热辐射的特点;基于辐射致冷原理,提出实现辐射致冷的关键问题,即寻找具有理想选择特性的红外辐射致冷体。根据材料红外光谱的特征性,引用红外辐射涂料概念,提出了制备理想选择性辐射体的方法;采用“透明”盖板与选择性辐射体的组合方式搭建致冷实验台,建立相应的温度测试系统。综合考虑环境变化对辐射致冷效果的影响,分析了辐射体与天空之间辐射换热过程,分别建立了晴天、多云和阴天时辐射体的传热模型,推导出在平衡状态下辐射体所能达到的致冷温度。采用聚苯板、铝板、醇酸漆铝板、BaSO4醇酸漆铝板四个实验样本进行辐射致冷效果的实验研究,实验结果表明,制取的辐射致冷体在夜间具有良好的致冷效果,但是白天由于受到太阳辐射的影响,其运用受到一定限制。考虑到辐射体基料BaSO4密度对致冷效果的影响,制备不同密度的辐射致冷体分别进行实验测试,分析了基料BaSO4密度变化对致冷效果的影响规律。在铝板400mm×400mm的致冷面积上,当辐射体基料BaSO4质量为120g时,辐射体在8～13μm有很好的发射特性,致冷效果最佳。但是,不同密度辐射体的致冷温差达到最大值所需要的时间大体相等,具有一致的动态响应过程。针对致冷空间高度对致冷效果的影响,采用六种不同高度取值分别进行实验研究。实验结果表明,当致冷空间高度为8cm时,辐射体与致冷空间气体的换热最充分,受外界环境的干扰最小,致冷效果最理想。结合辐射体基料密度、致冷空间高度等因素对致冷效果影响的综合考虑,对实验装置进行优化设计,获得高达9.4℃的致冷温差。利用光谱选择性原理,采用BaSO4粉粒与醇酸树脂复合的方式来实现的辐射致冷,它具有零能耗、无污染、没有运动部件、投资少的优势,是一项具有实用价值和市场前景的新技术。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 国内外研究应用现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文研究目的和主要研究内容
• 第2章 物体的热辐射与辐射致冷
• 2.1 物体的选择性热辐射
• 2.1.1 热辐射性能的表示方法与基本定律
• 2.1.2 热辐射光谱的产生机理
• 2.1.3 物体的选择性热辐射
• 2.2 辐射致冷的原理
• 2.2.1 辐射致冷的概念
• 2.2.2 理想选择性辐射体的概念
• 2.3 理想辐射致冷材料的选择
• 2.3.1 无机物种类
• 2.3.2 有机物种类
• 2.4 辐射致冷体的制备工艺
• 2.5 本章小结
• 第3章 辐射致冷实验台的研制
• 3.1 辐射致冷的实现方法
• 3.1.1 “透明”盖板与选择性辐射体的组合
• 3.1.2 具有选择性透过特性的盖板与黑体辐射体的组合
• 3.2 实验设计
• 3.2.1 辐射致冷体的制备
• 3.2.2 “透明”盖板的选择
• 3.2.3 实验台的搭建
• 3.3 辐射致冷体的传热分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 辐射致冷的实验研究
• 4.1 辐射致冷效果的实验研究
• 4.1.1 实验方法
• 4.1.2 实验数据处理及结果分析
• 4.1.3 实验误差分析
• 4.2 辐射致冷影响因素的实验研究
• 4.2.1 辐射体基料密度对致冷效果的影响
• 4.2.2 致冷空间高度对致冷效果的影响
• 4.3 辐射致冷装置的优化设计
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢