本发明涉及一种带有封闭致冷功能的红外辐射致冷系统，属制冷技术领域。
背景技术：
根据普朗克黑体辐射定律，任何温度高于绝对零度的物体都会以电磁波的形式向外界辐射热能，物体由于向外辐射能量而导致自身温度降低，这就是辐射冷却。斯蒂芬-波尔兹曼指出，黑体的全辐射功率与它的绝对温度4次方成正比，据计算，1平方米的绝对黑体在300k时在全波段辐射出460w辐射能量。如果该黑体只辐射而不从环境中吸收能量，该黑体将会以显著的速度降低温度。在理论上，辐射冷却可以被用来开发出无需电能也不需要依赖外在能源制冷技术，这种技术就是辐射致冷技术。
目前，辐射致冷技术在解决两个最基本的问题后有了显著的进步。这两个问题是：第一，如何有效地将热量以红外辐射的方式发射出去；第二，实际的辐射致冷系统在向外界辐射热能的同时也在吸收热辐射及阳光照射。在夜间，致冷系统可能因为吸收环境中的辐射而降低效率；在白天阳光的照耀下，如果吸收的太阳及环境的热辐射大于其自身向外的热辐射，系统总效果将使本身温度升高，完全达不到制冷的目的，这意味着必需要有高效的反射系统，反射阳光及环境热辐射。
2014年，斯坦福大学shanhuifan教授研究小组在解决以上两个问题时取得了突破性进展，其工作发表在《nature》vol515,pp540–544(27november,2014)题目为“passiveradiativecoolingbelowambientairtemperatureunderdirectsunlight”，文中用二氧化硅和二氧化铪两种材料的不同厚度的薄膜周期交替形成共七层的层状结构。这种层状结构不仅能够将高达97%的阳光反射，从而尽量避免由于受到日晒而升温，而且它可以通过辐射8-13微米波长的红外线向外界释放能量。8-13微米波长的红外线是一个大气的红外窗口，这一波段的红外线不会被大气层吸收，可直接到达温度更低的外太空。实验表明，即便在白天且处于太阳直射的情况下，这种层状结构仍然能够将覆盖在它下方的物体的温度降低5摄氏度。这项研究成果首次将即使在日光直射下的辐射制冷变成可能。科罗拉多大学的xiaoboyin等对shanhuifan的工作进行了改进，获得了更高效廉价并可大规模生产的薄膜，论文发表在2017年3月的《科学》杂志上题目为“scalable-manufacturedrandomizedglass-polymerhybridmetamaterialfordaytimeradiativecooling”。该薄膜由聚甲基戊烯（tpx)透明塑料制成，他们在tpx中掺入细小的玻璃微珠，把制成品拉成约50微米厚的薄片，再将面镀上银，镀银的一面朝下，96%的太阳光就会被复合材料反射回去，同时，以红外特别是8-13微米的大气红外窗口向太空辐射出热能，其辐射制冷的功率大约为100w/m2。具体辐射功率随着日夜以及太阳的强度而有所不同。
尽管从理论上可以将此红外辐射致冷系统贴在房屋的屋顶而起到降温并节能的作用，但事实上该系统在大多数地区并不实用。因为，通常情况下，房屋在夏季需要反射阳光并降温，但到了冬季，人们需要阳光对屋面进行加热，但覆盖了此红外辐射致冷系统的屋面不仅在冬季不能吸收阳光，而且不断地从屋面抽取能量并抛向太空，无论在夏季还是冬季都在对房屋进行制冷，这种系统无疑存在着重大缺陷。
技术实现要素：
本发明的目的是，为了改进红外辐射致冷系统，使之在夏季等需要致冷时系统可以起到反射阳光和通过大气的红外辐射窗口起到制冷的作用，但在冬季等低温季节通过关闭其大气红外辐射窗口封闭其制冷功能以对建筑物保温，本发明公开一种带有封闭致冷功能的红外辐射致冷系统。
实现本发明的技术方案如下，一种带有封闭致冷功能的红外辐射致冷系统，包括高反光层和强红外辐射层，还包括由高透光高分子聚合材料制成的夹层、贮液罐、上水泵和下水电磁阀；所述系统在面对太阳光的面上从底层至上层依次设置有高反光层、强红外辐射层和夹层；夹层的进液口通过管道和上水泵连接贮液罐；夹层的出液口通过管道和下水电磁阀连接贮液罐；贮液罐装有制冷封闭溶液；所述制冷封闭溶液中至少含有对8到13微米波长的红外辐射强吸收成份。
所述制冷封闭溶液组成是甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、蔗糖、果糖、葡萄糖的水溶液；或是甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、蔗糖、果糖、葡萄糖与盐水的混合物。
所述制冷封闭溶液由蔗糖和水组成；其中蔗糖的质量百分含量在2%至40%之间，水的百分含量在60%至98%之间。
所述制冷封闭溶液由蔗糖、水、乙二醇或盐类组成；蔗糖的质量百分含量为2%~40%，水的质量百分含量为60%~96%，乙二醇或盐类的质量百分含量为2%~4%。
所述高透光高分子聚合材料为高密度聚乙烯（hdpe）。
所述高反光层为tio2薄膜、cds薄膜、银薄膜或铝薄膜。
所述强红外辐射层为聚氯乙烯（pvc)、聚氟乙烯（pvf)、聚4-甲基戊烯（tpx）聚合物；或是氧化钛（tio2）、zno、baso4、mgo、lif、zro2、氧化硅无机物的微珠或薄膜。
本发明红外辐射致冷系统，夏季时，阳光透过高透光高分子聚合材料后，在达到系统的高反光层时被红外辐射致冷系统反射出系统，同时系统透过高透光高分子聚合材料和大气辐射窗口向太空辐射散热而使系统本身致冷。当低温季节来临时，通过控制阀门或水泵，让贮液罐内的制冷封闭溶液流入或泵到时高透光高分子聚合材料夹层中，制冷封闭溶液通过吸收8到13微米的红外辐射而关闭了大气的红外辐射窗口，从而阻止了红外辐射致冷系统向太空辐射，停止系统致冷在冬季继续制冷。当夏季需要制冷时，通过电磁阀控制，让制冷封闭溶液流入或抽到贮液罐内。清洗高透光高分子聚合材料夹层内残液并干燥，红外辐射致冷系统重新切换到制冷状态。
本发明红外辐射致冷系统的制冷封闭溶液中至少含有对8到13微米波长的红外辐射强吸收成份。同时因大气在18至32微米波长的红外辐射有一较弱的副辐射窗口，在制冷封闭溶液中如含有对18至32微米波长的红外辐射有吸收的物质将提高制冷抑制率。如果制冷封闭液中含有阳光吸收成份如炭黑还可在冬天提高建筑物对阳光吸收效果从而对建筑物加热。经实验，水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、蔗糖、果糖、葡萄糖等均在8到13微米红外波段及18至32微米波长有对应的吸收峰，上述的水以及这些一元醇、多元醇或多元醛醇的混合物既有红外吸收又可以防止冬季时水结冰，可以用做制冷封闭液的主要成份。另外盐水溶液如nacl，cacl2等盐的水溶液也有防冻和吸收对应波段红外辐射的作用。在所有水溶液中，单位质量蔗糖在8到13微米红外波段及18至32微米波长的累积红外吸收最强烈，同时有一定的防冻作用且安全性高，为制冷封闭液的首选成份。在制冷封闭液中蔗糖的质量百分含量可在2%至40%之间，水的含量在60%至98%。也可以根据地域的不同，在其中可添加乙二醇或盐类以降低凝固点，这时的制冷封闭液组成为：蔗糖的质量百分含量在2%至40%之间，水的百分含量在60%至96%之间，乙二醇或盐类含量在2%至40%之间。也可以在制冷封闭液添加炭黑等阳光吸收剂以提高建筑物的吸热功能。
为达到高反射和特定区域高红外辐射的效果，所述的红外辐射材可以是聚氯乙烯（pvc)、聚氟乙烯（pvf)、聚4-甲基戊烯（tpx）等聚合物，也可以是氧化钛（tio2）、zno、baso4、mgo、lif、zro2、氧化硅等无机物的微珠或薄膜；所述的对阳光高反射材料包括但不限于tio2、cds、银薄膜或铝薄膜。
本发明的有益效果是，本发明通过在红外辐射致冷系统面向外太空的一面加上由高透光高分子聚合材料制成的封闭夹层，并通过夹层外的贮液罐向封闭夹层内输送制冷封闭溶液，实现夏天系统制冷，冬季停止系统制冷，如将本发明应用于建筑行业，可实现对建筑物夏天致冷的目的。
附图说明
图1为本发明带有封闭致冷功能的红外辐射致冷系统结构示意图；
图中，1是强反光层；2是强红外辐射层；3是夹层；4是电磁阀；5是贮液罐；6是制冷封闭液。
具体实施方式
实施例1
本实施例构成强反光和强红外辐射系统，从底层至上层为镀银膜、镀银膜之上的聚氯乙烯层、镶嵌在聚氯乙烯中上部的tio2。在高反光和高红外辐射系统之上是高密度聚乙烯（hdpe）制成的夹层，另附贮液罐，罐内存有制冷封闭液，制冷封闭液的成份为15%蔗糖水溶液。贮液罐的液位比屋面低。在贮液罐和高密度聚乙烯（hdpe）制成的夹层之间分别由上水泵和下水阀门两个管道分别连接。冬季水泵及电磁阀门可以将贮液罐中的15%蔗糖水溶液输送到聚乙烯（hdpe）制成的夹层之间。在夏季，开阀门让制冷封闭液自动地流回贮液鑵，也可以将自来水泵送到屋顶，对夹层中的残余的溶质进行清洗。如此装置，在夏季，因夹层内没有蔗糖水溶液，它的镀银膜和tio2材料不仅能反射95%以上的太阳光线，其红外辐射散热材料还可以将热量以红外线的形式无遮挡地辐射到外太空，从而使自身温度降低，达到降温节能的效果。冬季时，只要在夹层内泵送足够的蔗糖水溶液，后者既可以吸收部分太阳能使自身温度提高，又因为水和蔗糖在8到13微米红外波段及18至32红外波段有强烈的吸收峰，其温室效应完全屏蔽了红外辐射致冷系统向外太空辐射散热，这使得本系统在冬季不会造成过多的热量损失。
实施例2
当在冬季寒冷地区使用本系统时，本实施例所采用的制冷封闭液既要有吸热和防红外辐射功能，还要有较好的防冻功能。本实施例中高反光和高红外辐射系统中，从底层至上层构成为：铝箔、履在铝箔之上的聚氯乙烯、镶嵌在聚氯乙烯中上部的空心玻璃微珠。在高反光及高红外辐射系统之上是高密度聚乙烯（hdpe）制成的夹层。另安装贮液罐，贮液罐和高密度聚乙烯制成的夹层之间由上水泵和下水阀门两个不同的管道分别连接。罐内存有制冷封闭液。制冷封闭液的成份以及质量比为葡萄糖15%、乙二醇15%，水70%溶液。让贮液罐处在比屋面高的位置。必要时打开阀门可以将贮液罐中的水溶液自动流动到聚乙烯（hdpe）制成的夹层之间，在夏季来临前先将制冷封闭液用水泵送到贮液罐，再用自来水对夹层中的残余的溶质进行清洗。在夏季因为夹层内没有水溶液阻挡，本系统不仅能反射95%以上的太阳光线，它的红外辐射散热材料还可以自由地将热量以红外线的形式辐射到外太空，从而达到降温节能的效果。在冬季，在夹层内泵送足够的制冷封闭液，后者既可以吸收部分太阳能使自身温度提高，又因为水和葡萄糖以及乙二醇在8到13微米红外波段及18至32红外波段有强烈的吸收峰，其温室效应完全屏蔽了红外辐射致冷系统向外太空辐射散热，这使得本系统在冬季不会造成过多的热量损失。同时，含葡萄糖15%、乙二醇20%、水65%的溶液有较低的凝固点，在零下18度时仍然可以保持液态，避免了因结冰及体积膨胀可能导致的破坏聚乙烯夹层的后果。