基于幾種降溫方法的降溫服的研究

張錢潮 周偉 金鑫達(dá) 陳伊 賴宇銀 呼格吉樂(lè)

摘 要：基于市場(chǎng)上出現(xiàn)的一些新型降溫材料以及結(jié)合生活中人們?cè)诟邷丨h(huán)境下工作令人難耐，因此“降溫服”在我們現(xiàn)在的生活中和未來(lái)是不可缺少的。作者將結(jié)合幾種傳統(tǒng)的降溫方法對(duì)概念服裝“降溫服”進(jìn)行深度的研究并在半導(dǎo)體制冷法此基礎(chǔ)上重點(diǎn)實(shí)踐。本文將通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)物理水冷降溫法、物理材料蓄冷法、空氣壓縮法、氟利昂降溫法、半導(dǎo)體制冷法、新型材料制冷法來(lái)介紹，并分析每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)出未來(lái)“降溫服”的發(fā)展趨向。

關(guān)鍵詞：新型降溫材料；降溫服；物理水冷降溫法；降溫材料蓄冷法；空氣壓縮法；氟利昂制冷法；半導(dǎo)體制冷法；新型材料制冷法

我們生活中有大量的人的工作環(huán)境卻在高溫的環(huán)境下工作。環(huán)保工人、交警等露天工作者以及工業(yè)高溫環(huán)境。因此對(duì)“降溫服”的研究將具有巨大的意義。但是傳統(tǒng)的空調(diào)制冷只能是封閉的環(huán)境中進(jìn)行，因此本文將結(jié)合幾種降溫的方法，將降溫結(jié)合在衣服上，把涼意帶給每一位辛苦的工作者，改良他們的工作環(huán)境。

一、幾種的降溫方法介紹以及應(yīng)用

（一）物理水冷法

利用水的比熱容較大，將冷水充到夾克內(nèi)，起到降溫的作用。

◆優(yōu)點(diǎn)：制作工藝簡(jiǎn)單。

◆缺點(diǎn)：由于水的自重已經(jīng)水冷設(shè)備的重量，會(huì)加重工作者的負(fù)擔(dān)，不便于隨身攜帶。

（二）物理材料蓄冷法

常見(jiàn)的物理材料主要有磁性蓄冷材料，利用蓄冷材料具有較大的比熱容，放在冰箱里半小時(shí)后取出即可使用24小時(shí)。

◆優(yōu)點(diǎn)：使用時(shí)間較長(zhǎng)，方便蓄冷。

◆缺點(diǎn)：不能滿足長(zhǎng)期在外工作的工作者，起不到持續(xù)性作用。蓄冷的方法也比較傳統(tǒng)，耗能比較大。

（三）空氣壓縮降冷法

壓縮空氣是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，空氣體積變小壓強(qiáng)增大會(huì)放熱。而撤去外力后壓縮氣體恢復(fù)到原來(lái)體積會(huì)變冷，因?yàn)榇藭r(shí)內(nèi)能比壓縮之前小。因此應(yīng)用于服裝上，利用空氣壓縮機(jī)（氣泵）將空氣壓縮到高壓管中，然后調(diào)節(jié)氣流的流量即可達(dá)到制冷效果。

◆優(yōu)點(diǎn)：夏日降溫，由于是空氣降溫，重量輕，深受各類用戶的喜愛(ài)、降低人體溫度最有效、最經(jīng)濟(jì)及最簡(jiǎn)便的途徑。馬甲式外觀，可內(nèi)穿外穿，長(zhǎng)期舒適穿用，溫度可調(diào)節(jié)，且可制造類似于全氣囊的馬甲，降溫均勻。只需要冷源空氣壓縮機(jī)即可制冷，不再需任何配件。

◆缺點(diǎn)：不能滿足長(zhǎng)期在外工作的工作者，起不到持續(xù)性作用。并且由于高壓，存在著潛在的巨大危險(xiǎn)。

（四）氟利昂降冷法

利用氟利昂的蒸發(fā)吸熱，并利用加壓系統(tǒng)將氟利昂還原為液態(tài)，以此循環(huán)。

◆優(yōu)點(diǎn)：制冷效果好。

◆缺點(diǎn)：裝置太多，組裝到服裝上基本不可能，并且能耗大。且氟利昂破壞大氣臭氧層，違背了時(shí)代發(fā)展的主題—保護(hù)壞境。

（五）半導(dǎo)體制冷法（已出成果）

半導(dǎo)體制冷片（熱電制冷片），是一種熱泵。它的結(jié)構(gòu)平滑，所以很難應(yīng)用到一些空間，可靠性要求高，沒(méi)有污染的制冷劑。利用半導(dǎo)體材料的Peltier效應(yīng)，當(dāng)直流電通過(guò)兩種不同半導(dǎo)體材料串聯(lián)成的電偶時(shí)，在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，這種現(xiàn)象也是可以改變的，即改變通過(guò)的電流的方向就可以改變電偶的兩端是制熱還是制冷，可以實(shí)現(xiàn)制冷的目的。半導(dǎo)體制冷技術(shù)已經(jīng)用到了冰箱、空調(diào)等其他電子冷卻端。

該“降溫服”主要有工作服（夾克），一塊柔性太陽(yáng)能板，蓄電裝置、電路控制裝置和半導(dǎo)體制冷裝置6大部分組成，其基本流程如下：

一塊柔性太陽(yáng)能板負(fù)責(zé)利用陽(yáng)光進(jìn)行發(fā)電（理想功率為50w，一般情況下，太陽(yáng)能板的功率輸出能穩(wěn)定在25～35w）。太陽(yáng)能板可以充分利用自然新型能源，把原本作為熱源影響工作的陽(yáng)光作為制冷衣的能源輸入，在這方面減少了單位面積上光照的能量。太陽(yáng)能板外接兩個(gè)蓄電池（6600mAh），給持續(xù)充電。為穩(wěn)定電源的輸入電壓的穩(wěn)定與防止過(guò)沖，作品安裝了一個(gè)控制器即太陽(yáng)能板控制器，并在電池組內(nèi)安裝了安全保護(hù)裝置。兩個(gè)蓄電池組分別為太陽(yáng)能降溫服兩側(cè)的六個(gè)半導(dǎo)體制冷片和六個(gè)散熱風(fēng)扇供電。制冷片兩端分別接有導(dǎo)溫片。制冷面向衣服內(nèi)部，通過(guò)導(dǎo)溫片制冷。發(fā)熱面向外，為確保制冷片正常工作，防止發(fā)熱端過(guò)熱燒毀，利用散熱片、散熱硅膠和散熱風(fēng)扇進(jìn)行輔助散熱。本作品一方面不僅利用環(huán)境的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行發(fā)電，減少了單位面積的能量，另一方面又通過(guò)獲得的能量轉(zhuǎn)換成電能，從而制冷，從效果上達(dá)到了“雙重制冷”。見(jiàn)下圖。

該作品取得了初步的成功，并且能在外界長(zhǎng)期的正常工作，并且制冷效果良好。

◆優(yōu)點(diǎn)：持續(xù)供能，可長(zhǎng)期使用，無(wú)需頻繁充“充能”。綠色無(wú)污染，利用太陽(yáng)能。

◆缺點(diǎn)：加工、組裝略復(fù)雜，制冷范圍比較局限。

（六）新型材料降溫法

科羅拉多大學(xué)的研究者找到了一種無(wú)需制冷劑、無(wú)需電力就可以為建筑降溫的薄膜，這種新型薄膜的工作原理是“輻射冷卻”，利用的是特定波長(zhǎng)的載熱紅外輻射可以不受阻礙地穿過(guò)地球大氣散逸到太空的特性，其冷卻效果相當(dāng)強(qiáng)勁：在美國(guó)一棟普通房子的屋頂鋪設(shè)20平方米這種薄膜，就足以在室外溫度達(dá)37°C時(shí)把室內(nèi)溫度保持在20°C。這種薄膜基于已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)的TPX塑料，成本僅為每平方米50美分。

◆優(yōu)點(diǎn)：加工方便，成本低，綠色無(wú)污染，制冷效果好。

◆缺點(diǎn)：不可知性。

二、總結(jié)

我們小組相信“降溫服”會(huì)以重要的角色進(jìn)入我們的生活。本文根據(jù)幾種傳統(tǒng)的降溫方法的特征、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行研究，也著重在半導(dǎo)體制冷法方面進(jìn)行實(shí)踐，并得到了較為理想的結(jié)果。新材料的降溫服的設(shè)計(jì)，我們也會(huì)在新材料投入市場(chǎng)后進(jìn)行及時(shí)的測(cè)試。

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作者簡(jiǎn)介：張錢潮（1995），男，浙江嘉興人，湖州師范學(xué)院理學(xué)院物理學(xué)（師范）專業(yè)14級(jí)學(xué)生；周偉（1995），男，四川樂(lè)山人，湖州師范學(xué)院理學(xué)院物理學(xué)專業(yè)14級(jí)學(xué)生。

指導(dǎo)老師：呼格吉樂(lè)（1980），男，蒙古族，內(nèi)蒙古通遼人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，工程碩士學(xué)位，湖州師范學(xué)院省級(jí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，從事物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與物理教學(xué)儀器開(kāi)發(fā)。