小滿作為二十四節氣中的第八節氣，象征著降水頻繁。“四月中，小滿者，物致于此小得盈滿。”意味著南方雨水之盈；北方麥籽粒剛開始飽滿。

圖源：攝圖網

(資料圖片僅供參考)

“萬物生長靠太陽”小滿之后，日照更長，太陽輻射更加強烈。

走在路上，你有沒有觀察過路邊建筑的玻璃，很多并不是完全透明的玻璃，而是有各類顏色的鍍膜玻璃。這不僅僅是為了美觀，也與輻射息息相關。

熱反射玻璃照片（注：來自網絡）

01

熱量和輻射有什么關系？

熱反射玻璃是通過真空鍍膜等技術，在玻璃表面形成一層熱反射鍍層。大面積地應用于建筑表面時，能將太陽的絕大部分熱量以熱反射、熱輻射等方式阻擋在建筑體外，從而能有效減少熱量的吸收，在夏季降低建筑體內部溫度。

溫度上升，是由于物體持續吸收熱量。熱量可以通過傳導、對流和輻射來傳遞。其中，「輻射」是指物體向周圍空間發射電磁波，也就是熱輻射。輻射能力和溫度有關，溫度越高，輻射能力就越強。因此，一個溫度較高的物體會向周圍空間輻射更多的熱量。物體表面的材料和顏色會影響它對熱輻射的反射和吸收。輻射制冷利用了這種反射和吸收的特性來實現制冷。

熱反射玻璃工作原理圖（注：來自網絡）

傳熱的三種方式示意圖（注：來自網絡）

02

輻射可以用來制冷？

1. 輻射傳熱的科學原理

輻射傳熱是基于吸收和發射輻射的物理學原理。當一個物體吸收輻射時，它會從周圍空間吸收能量，導致溫度升高。相反地，當一個物體發射輻射時，它會向周圍空間釋放能量，導致溫度降低。輻射傳熱是以電磁波的形式傳播能量，過程中是不需要介質的，也就是說熱量可以在真空中傳遞，因此它在太空中非常常見。

2. 輻射制冷的技術原理

「輻射制冷」是指熱物體通過大氣的紅外透明窗口，利用黑體輻射的方式，將熱量輻射到外部的低溫空間中，從而達到制冷的一種方式。

輻射相關原理示意圖（注：來自網絡）

物體溫度只要高于0K，就會產生熱輻射，由于輻射物體表面狀況、分子結構和溫度等條件的不同，造成輻射波長也各不相同。地表上物體的熱能大多數是通過輻射換熱，將自身熱量以13μm的電磁波的形式通過“大氣窗口”排放到溫度接近絕對零度的外部太空，達到自身冷卻的目的。

輻射系統示意圖（注：來自網絡）

03

輻射傳熱應用在我們生活的方方面面

1. 航空航天領域

宇航員在太空中使用的航天器的許多設備，因為大多數處于真空狀態，無法進行熱傳導及熱對流，其制冷與散熱大多也是使用輻射傳熱技術。

航天器示意圖（注：來自網絡）

2. 農業領域

溫室大棚也是運用輻射進行增溫。太陽光在白天會透過溫室的薄膜、玻璃照射進溫室內，吸收太陽輻射的熱量為溫室增加溫度，但地面反射出的長波輻射熱量不能透過溫室散出，從而減少熱量的散失來實現增溫。

溫室大棚示意圖（注：來自網絡）

輻射傳熱在生活中也有著廣泛的應用，例如我們經常使用的微波爐、紅外線灶等都是通過輻射傳熱的方式實現加熱的效果。此外，在工業生產中也需要利用輻射傳熱進行材料加熱、熔化、蒸發等工藝過程。

微波爐工作示意圖

紅外線灶示意圖（注：來自網絡）

04

輻射傳熱的未來如何？

輻射傳熱的相關技術，因其獨特的優勢，具備非常廣泛的應用場景，目前已經在制冷技術、節能建筑、能源轉換、材料制備等領域發揮越來越重要的作用。然而，輻射傳熱的相關技術在未來發展中也面臨著諸多挑戰。

1. 輻射需要進一步提高效率和進行合理的能量存儲

輻射的總量雖然巨大，但是能流密度較低，且具備不穩定性。例如太陽輻射能量非常大，但受晝夜、季節、天氣等多種因素制約，在夏季晴朗的正午時間，太陽輻射最強烈，但在陰天僅有五分之一。想要得到較高的功率，往往需要面積很大的收集設備。因此需要進一步提高能量轉換效率，開發更高效的輻射能轉換設備，同時設計有效的能量存儲方式，以應對能量的不穩定性。

2. 實際生產過程需要提高穩定性及耐久性

輻射材料的穩定性耐久性在實際應用中起著至關重要的作用。輻射發射和吸收受物體表面的顏色及干潔程度的影響很大，實際應用中，設備易積水、積塵，同時設備長期使用后會出現生銹劣化等情況，會嚴重影響能量吸收效率。因此，在實際生產應用中還需要考慮高效合理低成本的設備維護和保養。

3. 降低設備的生產成本

隨著技術的發展，部分輻射設備材料已經可以實現規模化生產，但效率偏低，成本較高，暫時還不能和常規的化石能源相比較，并且設備使用壽命較低。因此，在實際使用中，輻射轉換設備應綜合考慮當地電費、天氣狀況，充分利用各波段輻射能量，并且分析設備投資回收期合理選擇設備種類及規模建設。

各波段輻射應用圖（注：來自網絡）

參考文獻：

[EB/OL] https://pixabay.com/zh/photos/architecture-reflection-modern-1758454/

[EB/OL] https://www.sohu.com/a/375505731_376393

[EB/OL] https://www.ithome.com/0/669/888.htm

[EB/OL] http://www.zhileng.com/tech/xs/2022/1022/70669.html

[EB/OL] http://home.ustc.edu.cn/~wulj/

[EB/OL] https://www.51miz.com/tupian/1554647.html?keyword_id=158744

[EB/OL] https://www.sohu.com/a/408777934_120777133?_trans_=010001_grzy

[EB/OL] https://m.isolves.com/sh/zs/2020-12-07/34225.html

[EB/OL] https://www.jiaheu.com/topic/813143.html

[EB/OL] https://www.renrendoc.com/paper/193949656.html

供稿單位：北京制冷學會

撰稿人：徐錢 北京科技大學能源與環境工程學院副教授、北京市科協2021-2023年度青年人才托舉工程被托舉人

鄭強 北京科技大學能源與環境工程學院碩士研究生