輻射制冷技術的案例
天空輻射制冷技術發(fā)展現狀與展望
來源 | 制冷學報
作者 | 郭晨玥，潘浩丹，徐琪皓等
摘要：天空輻射制冷技術是指地球表面物體通過“大氣窗口”波段(主要在 8～13 μm)向宇宙發(fā)射紅外輻射以實現自身降溫的過程。作為一種無需能量輸入的制冷技術，天空輻射制冷可為應對能源危機及全球變暖提供一種新的思路。從發(fā)展歷程看，傳統(tǒng)的輻射制冷技術應用僅限于夜間。近年來，隨著納米光子學及超材料領域的發(fā)展，日間輻射制冷技術的優(yōu)勢已經得到驗證。
本文對天空輻射制冷技術的發(fā)展現狀進行了回顧，涉及基本原理、材料與結構，分析了其潛在應用前景，并重點討論了該技術當前研究與應用中面臨的挑戰(zhàn)。在能源形勢與環(huán)境問題日益嚴峻的今天，探索天空輻射制冷技術在不同場景的應用，如建筑節(jié)能、減輕城市熱島效應、緩解水資源短缺、提高光伏發(fā)電效率等，有望助力我國的碳達峰、碳中和事業(yè)發(fā)展。
關鍵詞：輻射制冷;光譜選擇性;大氣輻射;紅外輻射
能源危機與全球變暖是當今世界面臨的重大挑戰(zhàn)。目前，制冷能耗約占全球建筑總用電量的 20%，占全球總用電量的 10%。提高現有制冷系統(tǒng)效率和探索新型制冷技術成為目前亟待開展的工作。天空輻射制冷技術是指地球表面物體通過“大氣窗口”波段(主要在 8～13 μm)向宇宙發(fā)射紅外輻射以實現自身降溫的過程。由于宇宙背景近乎一個溫度為2.7 K 的理想黑體光譜，而地球表面平均溫度約為290 K，因此地球向宇宙的紅外輻射可用于冷卻地球表面物體。
傳統(tǒng)的輻射制冷材料及其應用僅限于夜間，這是由于材料在白天對太陽輻射的吸收抵消了其紅外輻射的制冷量。近幾年，隨著納米光子學和超材料領域的發(fā)展，新型光譜選擇性輻射制冷材料得到迅速發(fā)展，這些新型輻射制冷材料在太陽輻射波段具有高反射率，同時在“大氣窗口”波段具有高發(fā)射率，可實現全天輻射制冷。
展開 天空輻射制冷規(guī)模化應用對我國建筑的減碳作用研究
天空輻射制冷作為無額外能耗、無需制冷劑的利用外太空極冷環(huán)境的制冷技術，對于提升建筑可再生能源使用比例，緩解城市熱島效應以實現“雙碳”目標具有重要的研究意義與應用價值。
天空輻射制冷現象普遍存在于自然界中，是沙漠夜間低溫的重要原因，但直到 20世紀50 年代人們才開始深入研究輻射制冷并對其應用潛力開展較為系統(tǒng)的研究。尤其是近 10年來，隨著納米光學和超材料技術的發(fā)展，可以在白天實現低于環(huán)境溫度的輻射制冷材料被制備出來。輻射制冷材料的深入研究也為大規(guī)模應用輻射制冷技術提供了可能。在碳中和大背景的推動下，輻射制冷巨大的節(jié)能減碳潛力受到研究者們的關注，周志華等分析了輻射制冷在建筑冷卻、太陽能光伏冷卻、輔助冷源等方面的節(jié)能減排潛力。由于我國建筑存量巨大，將輻射制冷材料直接應用于建筑物圍護結構外表面效果尤為突出，能夠起到良好的降溫效果，降低建筑物的冷負荷，從而減少空調系統(tǒng)能耗。
在此基礎上，本研究綜合考慮到我國不同地區(qū)的氣候特點和環(huán)境特點差異，以既有建筑作為輻射制冷實際應用的載體，擬針對我國不同地區(qū)、不同氣候條件分析在應用天空輻射制冷技術后的運行階段所能實現的減碳效果，以及該效果對我國碳中和目標的預期貢獻。
02
成果掠影
本文研究了輻射制冷技術在我國建筑應用的減碳預期，即降低建筑運行階段碳排放的潛力。以《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國建筑業(yè)統(tǒng)計年鑒》和《中國人口普查年鑒》為依據統(tǒng)計我國目前的總建筑存量面積，以及各省各建筑類型的存量面積。結果表明我國目前建筑存量面積約為 774.9 億m2，可按其用途大致分為城市住宅住宿用房、農村住宅、廠房及倉庫、辦公用房、科教文體娛用房、批發(fā)零售餐飲用房、其他建筑、居民服務業(yè)用房、醫(yī)療用房。
展開 具有耐候性的超薄輻射制冷技術
來源 | Journal of Energy Chemistry
01
背景介紹
隨著溫室效應的加劇，全球平均溫度逐年上升，使得人們對制冷的需求不斷增加。傳統(tǒng)的基于壓縮式的制冷方式（如：空調）往往是將熱量從室內轉移到室外，并且需要消耗大量的能源，加劇了全球氣候變暖。因此，在當今“雙碳”政策的背景下，如何有效降低生產生活中制冷所需的能耗已成為當下的熱門研究方向，而輻射制冷技術作為一種零能耗、綠色環(huán)保的新型制冷技術，可以實現節(jié)約能源以及保護環(huán)境的作用。然而在一些輻射制冷技術應用的場景中，如：將輻射制冷涂料涂在建筑物、通信基站等外表面實現日間被動式制冷，這實現了很好的節(jié)能效果，但較厚的涂層，不僅會增加材料成本，而且會增加傳熱熱阻，對散熱產生影響；此外，由于涂層長期暴露在室外，需要考慮其使用壽命，對戶外不同氣象參數下（如：下雨、灰塵等）具有較好的耐候性，從而保證其性能。對于日間輻射制冷涂層，其關鍵在于如何在有限厚度下實現較高的太陽光反射和中紅外發(fā)射率，并具有良好的耐候性。
02
成果掠影
近期，中南大學能源科學與工程學院陳梅潔副教授、閆紅杰教授團隊設計了一種超薄、可擴展的耐候日間輻射制冷涂層。在該研究中，所設計的輻射制冷涂層在紫外線照射模擬、泥土污染模擬以及灰塵污染模擬實驗中表現出了優(yōu)異的耐候性，在150 μm厚度下，涂層能夠實現0.963的太陽光波段平均反射率和0.927的中紅外波段平均發(fā)射率，表現出優(yōu)異的制冷性能；最后通過拓展到3D結構上，耦合對流換熱過程，極大提升了涂層散熱性能，表明所設計的輻射制冷涂層在實際制冷與散熱應用中的可行性。
展開 上海交大黃興溢教授、鮑華教授合作《AFM》：高導熱輻射熱制冷絕緣材料
電力裝備散熱，建筑制冷以及電子器件的熱管理消耗了大量的能源，這進一步加劇了溫室氣體的排放，影響了人類社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，世界各國的研究者們都在尋找新型、低能耗的冷卻技術。
輻射制冷是一種被動制冷方式。其主要是利用地球與外太空（~3 K）之間的大氣透明窗口（波長8–13 μm），將地球表面的熱量以熱輻射的形式發(fā)射到外太空這一巨大的冷源之中。這也是維持地球熱平衡的一種機制。夜間的輻射制冷現象已經被廣泛的觀察與利用，如清晨露水的產生，以及古人在沙漠氣候環(huán)境制冰。然而，輻射制冷現象在白天很少出現，這是因為陽光熱量的輸入要遠遠超過輻射制冷量，結果是加熱暴露在陽光下的物體。近年來，隨著光子學的發(fā)展，研究者們通過構建光子晶體結構、聚合物–電介質顆粒雜化超材料、層次多孔結構等光子結構，使材料反射了幾乎所有太陽光，且在大氣窗口波段有著很強的紅外發(fā)射率，從而使日間輻射制冷技術得以實現。日間輻射制冷技術為我們提供了一個清潔的、無能耗的冷源，可用于建筑冷卻、食品保存、冷鏈運輸等。
問題來了，可以將日間輻射制冷技術應用于戶外電力裝備、電子設備的熱管理嗎？與制冷這一應用場景不同，戶外電力裝備、電子設備不僅要面臨陽光熱量的輸入，其自身還會產生大量的熱量。為了使戶外電子電力設備維持在較低的工作溫度，不僅要阻斷其外部熱量的輸入，還需要將其內部熱量快速傳導、耗散。這就對現有的輻射制冷材料提出了新的要求，即，高導熱率（低熱阻）。然而，傳統(tǒng)的輻射制冷材料不僅不具備高導熱率，甚至是具有超低導熱率的隔熱保溫材料。
展開 
受人體皮膚啟發(fā)的輻射制冷織物
來源 | ACS Photonics
原文 | https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsphotonics.3c00241
01
背景介紹
日間輻射制冷（PDRC）技術是一種環(huán)境友好型的零能耗被動式制冷技術，能夠有效減少當前人類用于制冷的能源消耗，從而緩解能源與環(huán)境危機，具有廣闊的應用前景。PDRC的主要技術指標是實現超高的太陽光譜反射率和超高的大氣窗口發(fā)射率，同時在某些特殊的應用場景中（如服裝、帳篷等），需要考慮透氣性、防水性、柔韌性、強度和耐久性等性能。而目前的輻射制冷織物雖然能夠滿足實際應用中的防水透氣需求，但光學特性相對較差。因此，打破超高雙波段光學特性與多種應用需求之間的兼容壁壘是PDRC面臨的一大挑戰(zhàn)。
人體皮膚(表皮和真皮層)是一個近乎完美的紅外發(fā)射器件，得益于以下三種生物組織結構：表皮層的褶皺微結構，真皮層含有的三維交錯排列的膠原纖維及表皮層和真皮層中都存在的微米孔。人體皮膚的大氣窗口紅外發(fā)射率可達97%，是醫(yī)學熱成像中紅外發(fā)射率的最高記錄。除了散熱功能外，人體皮膚的表皮層還能保護人體免受紫外線的傷害。此外，人類皮膚在透氣性、防水性和柔韌性方面具有優(yōu)異的表現。
展開 一種高輻射制冷性能的雙選擇型熱發(fā)射體
該文設計并制備了一種可以同時利用兩個大氣窗口（8–13 μm和16–25 μm）來降溫的雙選擇型（Dual-selective）熱發(fā)射體作為高性能輻射制冷材料，并證明其在干旱炎熱氣候下具有明顯優(yōu)于現有典型輻射制冷發(fā)射體的亞環(huán)境制冷性能（指降溫到環(huán)境溫度以下的能力），并具有很高的耐候性和色彩兼容性，提升了輻射制冷技術的降溫潛能，為其大規(guī)模實際應用提供了可能。此外，當在雙選擇型熱發(fā)射體樣品表明覆蓋不同顏色的彩色PE膜后，樣品仍體現出很高的亞環(huán)境制冷性能（如紅色和黃色），且明顯優(yōu)于彩色化后的商業(yè)涂料。表明雙選擇型材料還具有很高的彩色兼容性，有助于促進輻射制冷材料的大規(guī)模實際應用。本工作從理論上提出并從實驗上實現了一種具有更高制冷性能且可拓展的輻射制冷設計，也為將來設計更多高效熱管理材料提供了新的思路。研究成果以“A dual-selective thermal emitter with enhanced subambient radiative cooling performance”為題發(fā)表在《Nature Communications》。
03
圖文導讀
圖1. 雙選擇輻射制冷模型的建立和理論計算。
圖2.雙選擇型輻射制冷熱發(fā)射體的分子-結構設計與性能表征。
圖3. 雙選擇型熱發(fā)射體在沙漠環(huán)境下的制冷性能測試。
圖4. 雙選擇型熱發(fā)射體制冷功率測試，以及與常見商品屋頂材料的制冷性能比較。
圖5. 雙選擇型熱發(fā)射體的彩色化和彩色兼容性研究。
★ 平臺聲明
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展開 動態(tài)雙面神行為：在地球-太陽/太空系統(tǒng)的被動式冷-熱調控
考慮到這一挑戰(zhàn)，學者們一直在不斷探索：是否可以通過在不同季節(jié)（時間）或地區(qū)（空間）轉移能量來減少建筑物在供暖和制冷方面對電力的需求？盡管在當前技術條件下，這一設想似乎有些遙遠，但通過調整建筑材料的成分，從而改變它們的太陽光吸收和紅外輻射光譜，以實現其溫度的調節(jié)，卻是一個切實可行的策略。太陽作為地球上最重要的能量來源，表面溫度接近5700K，其熱輻射能量可以通過光熱技術轉化為熱能。另一方面，考慮低至3K的外太空背景溫度，人們也可以通過輻射制冷技術獲得外太空的冷量，而無需額外的能量輸入，從而實現被動冷卻。
被動式太陽能加熱和輻射制冷技術已經在水相變調控（蒸發(fā)和冷凝）、智能服裝（加熱和制冷）、智能窗戶（室內取暖和制冷）、冰去除和冰川保護等領域得到廣泛研究。然而，過去的研究往往將這兩種技術的探索視為相對獨立的，缺乏對它們聯合研究的系統(tǒng)性探索。最近的一項研究（PANS，2022，119(17), e2120557119）讓我們認識到，將這兩種技術結合起來可能會激發(fā)出更具潛力的應用場景，并為多種情境下的溫度智能調控提供了機遇。
02
成果掠影
為增強研究人員對于上述兩種技術聯合研究，河海大學楊濤教授、澳大利亞昆士蘭大學Yusuke Yamauchi教授、浙江海洋大學徐興濤教授等團隊結合近期相關工作，撰寫了本篇綜述。此外，特別感謝南京大學的張嘉漢博士和中國科學院蘭州化學物理研究所的何成玉博士，他們在本文內容的討論過程中提供了寶貴的意見。
基于不同材料光譜特性以及能量流動方式，我們對如何將太陽能加熱技術與輻射制冷技術有機結合以實現被動式冷熱調控相關應用進行了全面綜述。特別地，提出“動態(tài)雙面神”行為構架兩種技術之間的聯系。太陽能光熱轉換和輻射制冷作為一對孿生應用，在各種場景中動態(tài)調控的便利性和節(jié)能性應當被充分重視。
展開 一種用于節(jié)能建筑和人體熱管理的輻射制冷的纖維素材料
傳統(tǒng)的蒸汽壓縮冷卻策略，比如空調的制冷消耗了大量的化石燃料發(fā)電，導致碳排放增加，進一步使全球氣候惡化。
輻射冷卻能夠以熱輻射的形式將地球的熱量傳遞到外太空，無需任何能量輸入的條件下，在日間通過最小化太陽能吸收實現了低于環(huán)境溫度的降溫效果，這種零能高效的降溫方式為節(jié)能建筑、人體熱管理和太陽能電池熱管理等領域的發(fā)展提供新的策略和機遇。在這種背景下由于輻射冷卻材料可以自發(fā)地將熱輻射散發(fā)到寒冷的外層空間的優(yōu)越能力而成為目前研究的焦點。
最近開發(fā)了一系列先進的功能材料和復雜的策略，通過在亞波長尺度上操縱光-物質相互作用來促進被動、高效和可持續(xù)的輻射冷卻性能或先進的熱管理。但是需要注意的是，這些輻射冷卻材料和結構都是光學靜態(tài)的，無論環(huán)境變化如何，它們通常都是作為一種冷卻方式發(fā)揮作用。人們非常希望開發(fā)出能夠根據需要在冷卻和加熱模式之間動態(tài)切換的先進輻射冷卻材料。
纖維素存在于許多常見的植物如棉花、木材和竹子中，也可以由細菌進行分泌合成。細菌纖維素（Bacterial Cellulose, BC）是一種由細菌分泌合成的纖維素材料。同時，BC還具有可大規(guī)模制備和純度高的特點，被廣泛應用于智能電子、熱管理和生物醫(yī)藥等領域。然而，細菌纖維素材料應用于輻射冷卻領域存在大氣窗口中紅外發(fā)射率較低，限制了其在輻射冷卻領域的應用。
02
成果掠影
近日，天津大學封偉教授、王玲教授團隊通過原位生長技術成功開發(fā)了具有太陽光透過率可調特性的細菌纖維素基輻射冷卻材料。該團隊報道了生物合成細菌纖維素(BC)基輻射冷卻(Bio-RC)材料的設計和規(guī)模化制造，該材料具有可切換的太陽透射率。該材料是通過在原位培養(yǎng)過程中將二氧化硅微球與連續(xù)分泌的纖維素納米纖維纏結而開發(fā)的。
展開 彈熱制冷冰箱：零碳排放制冷新技術
導 讀
制冷行業(yè)的碳排放占全球總量的7.8%，降低碳排放需要將氟代烴制冷劑的溫室效應降低到現有水平的10%以內。彈熱制冷是最具潛力的下一代制冷技術，其利用了應力驅動記憶合金產生晶格相變時的制冷效應，具有零溫室效應的核心特征，兼具高效、低振動等核心優(yōu)勢。近日，西安交通大學錢蘇昕團隊與中科院寧波材料所劉劍團隊合作，成功研制了全球首臺彈熱制冷冰箱，相比現有水平，緊湊性提升了26%，實現了9.2℃的制冷溫差和3.1 W的最大制冷功率。成果發(fā)表于The Innovation期刊。
圖1 圖文摘要
彈熱制冷技術的發(fā)展
彈熱效應是在固體相變材料中由軸向應力驅動溫度變化的現象。對形狀記憶合金施加軸向應力時，奧氏體變?yōu)轳R氏體，相變過程釋放潛熱，合金溫度上升；卸載應力時，馬氏體變回奧氏體，逆向相變過程吸收潛熱，合金溫度降低。鎳鈦二元合金在卸載應力時溫度可降低20℃以上，即此時的制冷能量密度可達100 J cm-3，超越了部分氟代烴制冷劑的單位體積制冷能力。除此之外，鎳鈦合金具有零排放、高能效、可回收再生、低成本、低振動運行優(yōu)勢，已有規(guī)模化的產業(yè)鏈和行業(yè)技術標準。因此，美國能源部的研究報告指出，彈熱制冷是最具發(fā)展?jié)摿Φ姆钦魵鈮嚎s制冷技術。
自2014年首臺彈熱制冷機成功研發(fā)以來，彈熱制冷機的制冷性能得到了快速發(fā)展，發(fā)展了單級、復疊、主動回熱等多種循環(huán)方式，構建出了水冷、固-固接觸等換熱形式。盡管彈熱制冷機的性能不斷取得新的突破，緊湊性一直是制約彈熱制冷機推廣的瓶頸（圖2）。
展開 成功案例丨設計賦能高效制冷：Magnoric 借助尖端仿真技術優(yōu)化磁制冷系統(tǒng)
—— Magnoric 首席運營官
Rémi Dubois
”
關于客戶
Magnoric 是總部位于法國的磁制冷技術先行者，其創(chuàng)新系統(tǒng)基于主動磁熱回熱器（AMRs）構建，為傳統(tǒng)氣體壓縮制冷提供了可持續(xù)的固態(tài)替代方案。該公司利用磁熱材料與傳熱流體，研發(fā)出高效節(jié)能且環(huán)境友好的制冷解決方案，旨在革新從食品保鮮到氣候控制等多個行業(yè)領域。憑借對精密工程與創(chuàng)新技術的堅定追求，Magnoric 持續(xù)提升其尖端制冷技術的性能與耐久性。
面臨的挑戰(zhàn)
Magnoric 的 AMR 系統(tǒng)內置精密冷卻通道，通道內裝有多層磁熱板，板片之間由間隔層分隔。間隔層雖能防止板片發(fā)生機械卡滯，但也會干擾流體流動，且顯著增加壓降 —— 這不僅會提高泵送功率需求，還會降低系統(tǒng)整體效率。為優(yōu)化設計，團隊需重點考量間隔層的規(guī)格參數：較薄的間隔層可最大限度減少壓降，但機械強度不足，易產生碎屑堵塞流道；較厚的間隔層強度更高，卻會增加死體積，對傳熱性能造成負面影響。
間隔層的優(yōu)化工作引出了兩個關鍵工程問題：
實際 AMR 系統(tǒng)中的壓力損失，與理想化通道模型預測的結果存在多大差異？
何種間隔層厚度能在結構耐久性與液壓效率之間實現最佳平衡？
為找到答案，Magnoric 需要一套先進的仿真與測量解決方案，能夠精準捕捉復雜 AMR 幾何結構中的流動特性、壓降及熱傳遞過程。
Altair解決方案
Magnoric 采用了 Altair? SimLab? 先進的熱仿真、計算流體動力學（CFD）及電磁（EM）仿真解決方案，該方案專為處理多物理場建模與復雜幾何結構設計。
展開 制冷人必懂的中央空調技術知識
四、冷熱水系統(tǒng)工作原理
它屬于二次換熱設備，在冷水機組內的工作原理與家用空調類似，只是在制冷劑蒸發(fā)側不同。家用空調是直接將冷量交換給了需要處理的空氣，而冷水機組是將冷量交換給循環(huán)水。循環(huán)水泵將被冷卻了的水送到需要進行空氣調節(jié)的房間內的風機盤管，通過風機盤管將冷量傳送給空氣。
冷凍水系統(tǒng)主要由循環(huán)水泵、補水閥、水箱、排氣閥、平衡閥、循環(huán)水管、風機盤管等部件組成，水系統(tǒng)布置靈活，獨立調節(jié)性好，能滿足復雜房型分散使用、各個房間獨立運行的需要。但是水系統(tǒng)易漏易蝕，家庭裝潢多為石膏類固定天花板，若滴水就會帶來很大 麻煩。
冷熱水機的適用范圍：
別墅；
醫(yī)院；
賓館；
酒店；
辦公；
寫字樓；
機場；
娛樂場所。
五、VRV系統(tǒng)的工作原理
VRV系統(tǒng)就是常說的多聯機，它輸送能量的介質是氟里昂，可以用細小的銅管代替粗大的風管，噪音也大大降低。多聯機就是用一個超大功率的室外主機帶動多個室內機，由于采取的是并聯方式，所以可方便地進行分區(qū)控制。
VRV冷媒分流技術和電氣控制技術有較高的水準，并且零部件的專用性強，因此的價格昂貴。VRV制冷劑系統(tǒng)的適用范圍：大面積多居室的單元房、復式住宅、庭院別墅、高檔商住樓、單元式辦公寫字樓等。
六、基本術語
名義制冷量：
是指空調器銘牌上標稱的制冷量；其工況按國家標準GB/T 7725--2004規(guī)定。
展開 
晶格素化推動了高效的SnSe晶體熱電制冷技術
來源 | Science，北航新聞網
01
背景介紹
熱電技術已廣泛應用于廢熱回收和固態(tài)制冷等關鍵領域。其中，熱電制冷是利用帕爾帖效應直接將電能轉換為熱能的綠色制冷技術，僅通過調節(jié)工作電壓和電流就可以實現對制冷量和溫度的連續(xù)高精度控制。熱電制冷技術由于其控溫精準、尺寸靈活、結構多樣和局部冷卻等眾多優(yōu)勢，在精確制導、傳感器和5G光模塊等關鍵領域具有比傳統(tǒng)的機械壓縮式制冷技術更強的競爭優(yōu)勢。因此，研發(fā)高性能制冷材料，提升制冷器件的制冷效率，對于諸多科技自立自強等關鍵領域的精確溫控具有重要意義。
器件的制冷效率主要由材料的無量綱熱電性能優(yōu)值（ZT值）決定。由ZT值的定義ZT = (S2σ/κ) T 可知，在給定溫度T下，高性能材料應具有大的溫差電動勢S（產生大的電壓），高的電導率σ（減小焦耳熱損耗）和低的熱導率κ（產生大的溫差）。然而各個物理參數之間的復雜聯系形成了緊密的聲子-電子耦合關系，使得熱電材料的性能優(yōu)化極其具有挑戰(zhàn)性，調控這些強烈耦合的復雜熱電參數是提高材料ZT值和制冷效率的關鍵。
目前，碲化鉍（Bi2Te3）基材料仍為唯一的可應用的熱電制冷材料，然而Te元素的地殼稀缺程度等同于白金（且光伏材料CdTe占據一半市場份額），再且 Bi2Te3及熱電制冷器件存在可加工性能差、制冷性能不足和運行功耗過高等問題，探索和開發(fā)新型熱電制冷材料及器件至關重要。
展開 制冷壓縮機振動噪聲控制技術
隨著社會的發(fā)展，生活水平的提高，人們對空調、冷藏和冷凍等制冷設備的振動噪聲提出了更高的要求，制冷壓縮機作為制冷系統(tǒng)的主要振動噪聲源，其振動噪聲控制技術愈發(fā)重要。制冷壓縮機經過升級換代后，產品能效得到了顯著提升，但還需要在振動噪聲方面付出更多的努力才能取得突破性的進展。制冷壓縮機噪聲主要包括機械性振動噪聲、流致性振動噪聲和電磁性振動噪聲，其振動噪聲源錯綜復雜，相互干擾，增加了聲源辨識的難度。振動噪聲控制技術涉及流場、應力場、溫度場和電磁場等多門學科，知識面廣，研究難度大，成為制冷壓縮機技術發(fā)展面臨的新挑戰(zhàn)。
制冷壓縮機在軸系運動部件擾動和流道內壓力波動等載荷激勵下產生振動和輻射噪聲，影響產品體驗和使用的舒適度。此外，壓縮機振動噪聲是一種能量傳遞和消耗的表征方式，不僅增大壓縮機功耗，甚至影響壓縮機可靠性。
因此，筆者基于雙螺桿和離心式制冷壓縮機的結構特點，分析振動噪聲特性及其產生原因，開展制冷壓縮機振動噪聲控制技術研究，展示振動噪聲控制技術在制冷壓縮機中的實際應用案例，對振動小噪聲低壓縮機產品的正向設計具有重要的指導與借鑒意義。
1 雙螺桿式制冷壓縮機振動噪聲控制技術
圖1所示為雙螺桿式制冷壓縮機的典型結構，它主要由壓縮機殼體以及殼體內一對平行配置的陰陽轉子、電動機、支承軸承、吸排氣孔口和吸排氣殼體等部件組成。
展開 4大微型制冷系統(tǒng)技術發(fā)展趨勢
S.Garimella等將一種微通道技術應用到氨/ 水吸收式制冷系統(tǒng)的各個組件上，該微通道內部結構如圖 8 所示。該模型適用于兩相流體的傳熱與傳質，液態(tài)流體從 A1 口流入，經過一系列平行微通道后匯集D1口，再進入下一層通道; 層與層之間微通道 的方向互相垂直，這種微通道模型以較小的壓力損失為代價，大大強化了傳熱與傳質。
M.D.Determan 等設計、制造并成功實驗了一 套熱能驅動的微型吸收式制冷系統(tǒng)，工質對為氨/水，系統(tǒng)的尺寸僅為 200 mm×200 mm×34 mm，質量為7 kg，制冷量為300 W，系統(tǒng)的內部結構如圖 9 所示，結果表明，優(yōu)化解吸器以增加制冷劑的生成量和優(yōu)化蒸 餾器以純化制冷劑蒸氣有利于提高系統(tǒng)的 COP。近年來國內外微型吸收式制冷系統(tǒng)對比如表 2 所示。
3 微型半導體制冷系統(tǒng)
半導體制冷系統(tǒng)，又稱熱電制冷系統(tǒng)，沒有壓縮 機等運動部件，也沒有制冷劑，因此具有控制方便、運行可靠、布局靈活、適應性強等特點，在小型空調系統(tǒng)中應用廣泛，且隨著近年來材料科學的進步，該系統(tǒng)的 COP 不斷上升，與其他微型制冷系統(tǒng)相比優(yōu)勢日益凸顯。
3. 1 半導體制冷系統(tǒng)原理
帕爾貼效應是熱電制冷的基本原理。典型的半導體制冷器如圖 10 所示。
接上直流電源后，電流由 N 型半導體流向 P 型半導體時吸收熱量，形成冷端，電 流由 P 型半導體流向 N 型半導體時釋放熱量，形成熱端。N 型和 P 型半導體交替排列，將熱量從冷端轉移至熱端，達到制冷的目的。
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<p><a href="https://baike.baidu.com/item/%E7%83%AD%E7%94%B5%E5%88%B6%E5%86%B7" rel="noopener noreferrer" target="_blank">熱電制冷</a>又稱作<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%B8%A9%E5%B7%AE%E7%94%B5%E5%88%B6%E5%86%B7" rel="noopener noreferrer" target="_blank">溫差電制冷</a>，或半導體制冷，它是利用熱電效應（<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%B8%95%E5%B0%94" rel="noopener noreferrer" target="_blank">帕爾</a>帖效應）的一種制冷方法。本案例建立了一模型，模型由上下兩層組成，上層是由T1-T24組成，下層是由B1-B24組成，由于上層偶數為絕熱材料，因此，建立模型中可以去掉，用絕熱邊界簡化代替，同樣地，由于下層奇數為絕熱材料，所以下層奇數材料也可以簡化去掉。因此模型可建立為如圖所示。
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