7月，巴黎奥运会拉开大幕。奥运健儿们摩拳擦掌，向金牌发起冲击。炎炎夏日里，要取得好成绩，除了运动员自身的发挥，保证场馆、奥运村气温舒适也非常重要。其中，制冷就是关键因素之一。然而，传统冷却系统会排放出温室气体，对环境造成影响。
为此，巴黎奥运会主办方另辟蹊径，以追求“环保奥运”为由，提出巴黎奥运村不装空调，而依靠“自然降温”——通过从塞纳河取水，经地下深处，河水通过制冷系统降温成冷水，再经过地板里的管道，输送冷水到整栋大楼；同时，奥运村内房间配备利用地下水进行自然冷却的系统以及风扇，一顿操作下来，室内温度可比外界低上至少6℃。
法国人以浪漫著称，这一想法很美妙，但遭到不少运动员的强烈反对，主办方最终妥协允许各代表团自费订购便携式空调。这也引起我们的思考，空调之外，还有没有更加绿色高效的解决方案？让我们来看看有哪些不太为人所知的制冷“黑科技”。
地源热泵技术：埋在地下的新型“中央空调系统”
不难看出，取水降温的本质是热交换，也就是把空气中的热量交换到水中。“确切来说这是热泵技术的一种。”天府永兴实验室地热勘探开发与综合利用研究中心副主任、成都理工大学教授王晓光说，热泵是一种高效节能装置，通过电力做功，以逆循环的方式将低温热源的热量转移到高温物体，实现空间供暖制冷等功能。
具体来说，热泵技术分为空气源、水源、土壤源等。“成都地区浅层岩土体常年恒定在18℃左右，且夏天低于气温，可视为能量交换的极佳载体之一。”王晓光说，若把“取水的热量”换成“取岩土体的热量”，就是地源热泵技术，也是一种新型“中央空调系统”。
地源热泵工作原理图。天府永兴实验室地热勘探开发与综合利用研究中心供图
新型“中央空调系统”如何制冷？地源热泵系统循环发挥着重要作用。它分为地下和地上两部分——
首先，需要在建筑物地下、园区绿地等区域大量打井，井深150米到200米，并安装地埋管系统。“这类似于能源开采过程，采集的是浅层岩土体中的低品位热量。”王晓光说。
如何把采集的低品位热量交换到室内？
为此，地上需要安装热泵机组，它由蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀四大组件构成。
具体而言，由蒸发器内的制冷剂吸收室内空气中的热量，吸热后的制冷剂由液体变为低温低压的气体，经压缩机做功，变为高温高压的气体后流入冷凝器，向地源侧冷却水释放热量后，又变成中温高压的液体，然后经膨胀阀节流降压为低温低压液体后，再流入蒸发器。“如此形成内部循环，就能持续将室内的‘热’交换到地下，实现制冷。”王晓光说。
在室内享受着席席凉风之时，有一点不可忽视——制冷过程中，降到同样的温度，地源热泵系统循环所消耗的能量比空调更小，也就是更节能。“它不向外界排放废气、废水、废渣，更加环保，此外使用寿命和建筑寿命几乎一样长。”王晓光说，目前仍然存在前期投入大、对场地要求较高等门槛，“但长期来看，相比空调制冷，一年能节约10多万元电费，经济效益比较可观。”
放眼全球，美国地源热泵系统占整个空调系统的40%，瑞士、瑞典、奥地利、丹麦等国家也广泛应用这一技术。国内而言，我国北方地区应用较多，在我们的身边，成都东站、某些高端小区也能找到地源热泵的身影。
“目前，天府永兴实验室园区正在打造示范工程。”王晓光说，为进一步提高能效、降低成本，研究团队除了提高机组设备能效，还在系统运维上下功夫，引入数字孪生技术。“这将起到预测监测、故障诊断、系统自动控制等作用，还能把设计方案从实际情况里搬到数字孪生体上试验，从而提升计算效率、优化方案，实现更精细化管理，进一步提高系统能效。”
热驱动热声制冷机：“中国方案”重新定义传统制冷
除了身体凉快，不少人也想嘴上“贪凉”。
想象一下，当你打开冰箱，喝上一杯透心凉的可乐，并意识到这个普通的电器使用了一种对环境友好的革命性制冷技术——热驱动热声制冷机。这不是来自遥远未来的场景，而是制冷技术的最新进步将带来的现实。
今年2月，中国科学院理化技术研究所科研团队提出一项全新设计方案。依据方案开发了一种新型制冷机，它依靠热能驱动，而不是有害的化学物质或复杂的机械部件来冷藏东西，重新定义了传统的制冷概念。“简单来说就是利用热声效应，通过声波与气体的相互作用来产生冷却效果。”团队在公开报道中解释。
新型热驱动热声制冷系统及其实验样机性能。中国科学院理化所供图
何为热声效应？又如何制冷？
热声效应是指固体介质与振荡流体之间产生的时均能量效应，产生沿着（或逆着）声传播方向的时均热流和时均功流。按能量转换方向的不同，主要分为用热产生声和用声产生热。
具体到制冷，用的就是用热产生声——一边，热声发动机通过输入热能来产生声能，由声波传递机械功，也就是产生声功；另一边，热声制冷机通过消耗声功，产生温差和泵热，即制冷效应。
这项技术并不算新鲜，但查询国内外相关报道可发现，目前热驱动热声制冷机的效率仍然较低。在全球科学家们看来，提升效率的关键在于，声功产生与声功消耗的匹配程度，这也是当前实现产业化应用的关键。
针对提升制冷效率，“中国方案”有了新突破。
根据团队发表在《细胞通讯·物理科学》和《应用物理快报》上的论文，此次方案设计的核心是一个巧妙的旁通结构，通过管理系统内的能量流来提高效率。团队解释，也就是通过一个特殊的管道连接发动机和制冷机，优化旁路能量流的比例，使系统更有效工作，“不像传统方法可能会损失很大能量。”
结果显示，在相近的工况下，该方案的COP（在空调制冷温区的性能系数）是以往报道的同类型样机最高水平的2.7倍，可媲美部分双效吸收式制冷系统。同时，该方案一般采用惰性气体工质，还避免了使用有害制冷剂和复杂的机械部件。
这一进步让科学家们十分振奋，认为“可能会彻底改变空调”。
与外太空换热、磁体制冷……意想不到的制冷“黑科技”
把视线从地面转移到星空，人类迸发出新灵感，提出深空辐射制冷。
西安交通大学能源与动力工程学院副教授殷翔解释，主要利用了地球与外太空之间的大气辐射透明窗口。地球上物体的热辐射可以穿过该大气窗口，将热量直接发射到外太空。“外太空是近乎绝对零度的巨大冷源，通过与其进行直接换热，可以将地球上物体的温度降低到环境温度以下。”
此前，美国斯坦福大学研究团队研制了一种辐射冷却装置，至少可以使物体温度比环境温度下降33℃。虽然，该装置目前还无法在大型建筑物等超大规模物体上实现冷却，但是仍展示了利用辐射冷却实现大幅度降温的潜力。
更多制冷“黑科技”也浮出水面。
譬如，弹热制冷机。这是一种利用形状记忆合金在单轴应力作用下发生可逆相变，并利用该相变潜热制冷的新型固态制冷技术，相比传统蒸汽压缩制冷，具有零温室气体排放、易于回收利用等优势。
让人想不到的是磁体也能制冷！
“磁性材料主要有磁熵和热熵，利用磁热效应，通过磁熵和热熵之间的‘此消彼长’来实现制冷。”北京理工大学助理研究员李振兴在文章中指出，在总熵不变的情况下，给磁性材料施加外磁场时，磁熵减小，那么热熵变大，放出热量；相反，去掉磁场时，热熵减小，需要吸收热量，这时就起到了制冷的效果。
磁制冷技术有着绿色环保、高效节能、稳定可靠等优势，被广泛应用于航空航天、医疗、电子等领域，但目前还未实现商用。
要是你觉得“黑科技”太高深，不妨试试在桌上放一盆水，在上面用一个小吊扇对着这盆水吹风，同时拉上窗帘，室温也可以降低2℃哦！
京公网安备 11011502004515号 
