摘要
经济的发展带来的能源消耗逐渐成为人们讨论的热门话题，我国提出的“碳达峰、碳中和”战略及能源结构的转型是我们目前的重点研究工作。温度接近于绝对零度的外太空作为地球最重要的冷源，其探究程度相对于太阳还远远不足。太空辐射制冷技术是一种不需消耗能量且无污染的新型被动式制冷技术，其利用物体在“大气窗口”波段（8～13μm）的红外辐射高透过性特点，可以实现将热量“免费”排放至外太空，从而实现制冷效果，具有非常广阔的前景。 本文基于太空辐射制冷的基本原理，设计并搭建了一种简单实用的太空辐射制冷系统，研究了系统本身及不同材料、不同结构的辐射制冷性能，同时对不同的影响因素及系统耗能进行了测试分析，为辐射制冷技术的实际应用提供了参考，具体研究内容为: 首先，分析了太空辐射制冷技术传热模型，包含外部换热模型（太阳辐射、大气吸收、对流换热、环境换热）及内部换热模型（外表面导热、内表面与水对流换热），总结了不同室外条件对辐射制冷器的理论影响条件，为接下来分析不同因素对辐射制冷器性能的影响提供了理论基础。 其次，进行了太空辐射制冷器的结构设计，根据结构组合进行了RLHY-2辐射制冷涂料、辐射制冷膜、PE膜及玻璃盖板等多种材料的调研、分析和选择，同时设计了6种不同的太空辐射制冷器结构，分析每种工况的材料搭配。搭建并改造了原有的太空辐射制冷实验系统，通过设计工况进行不同结构的组建并运行多日收集实验数据，为接下来的结果分析做足准备。 最后，分析了实验系统不同工况的制冷性能，并根据实验天气及本身因素进行了对比分析，得出以下结论: （1）相对于光滑表面的太空辐射制冷器，添加材料后的实验工况在夜晚的辐射制冷性能均有不同程度的提升，其中性能提升最为明显的工况是加设PE膜并涂抹RLHY-2以及不加设风屏的辐射制冷膜的太空辐射制冷器，两种工况最优制冷性能相近,分别比未加设任何材料的不锈钢制冷器（平均制冷功率40.03W/m2）提升了76.17W/m2、75.22W/m2的制冷功率。 （2）不同云层厚度、空气湿度、室外风速、入口流量均对太空辐射制冷器的制冷性能造成一定影响。云层厚度越厚，辐射制冷器的制冷性能越差，制冷功率最大相差54.54W/m2。空气湿度对太空辐射制冷器具有一定程度的影响，空气湿度越大，辐射制冷器的制冷效果越差，尤其是从78％上升至91.6％的过程中，制冷器的制冷功率从102W/m2最小降低到42W/m2,最大相差60W/m2的制冷功率。风速主要影响空气与太空辐射制冷器表面的对流换热，但并不是风速越大，辐射制冷器的性能就越差，取决于导热、对流换热以及辐射制冷的综合影响。入口流量越大，太空辐射制冷器的制冷性能越差，在0.016kg/s增加至0.029kg/s、0.036kg/s时，辐射制冷器的制冷功率分别下降了29.52W/m2、52.86W/m2。 (3)对于实验材料，相对于RLHY-2辐射制冷涂料，辐射制冷膜不仅在夜间制冷性能更好(高于涂料32.13W/m2),在白天的抑制制热效果同样更好(低于涂料234.62W/m2的热量)，但价格更加昂贵。对于风屏，玻璃盖板会造成一定程度的温室效应，夜间是否敷设辐射制冷膜的玻璃盖板，制冷功率分别下降了29.87W/m2、52.48W/m2,但辐射盖板能起到更好的保护作用。PE膜是一个效果良好的风屏，白天相差不大，夜间提升了18.7W/m2的制冷功率，但保护性相对较差。 (4)相对于传统的制冷系统，太空辐射制冷系统拥有更加良好的经济性。辐射制冷器本身不消耗任何电能，连续运行6小时的前提下，内外循环泵频率分别为31Hz、41Hz时，系统所需电能为6.85kW·h、3.32kW·h。同时在阴天、高风速的环境下，太空辐射制冷器可以实现全天平均59.55W/m2的制冷功率。
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