基于幾種降溫方法的降溫服的研究

張錢潮 周偉 金鑫達 陳伊 賴宇銀 呼格吉樂

摘 要：基于市場上出現的一些新型降溫材料以及結合生活中人們在高溫環境下工作令人難耐，因此“降溫服”在我們現在的生活中和未來是不可缺少的。作者將結合幾種傳統的降溫方法對概念服裝“降溫服”進行深度的研究并在半導體制冷法此基礎上重點實踐。本文將通過對傳統物理水冷降溫法、物理材料蓄冷法、空氣壓縮法、氟利昂降溫法、半導體制冷法、新型材料制冷法來介紹，并分析每種方法的優缺點，總結出未來“降溫服”的發展趨向。

關鍵詞：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境卻在高溫的環境下工作。環保工人、交警等露天工作者以及工業高溫環境。因此對“降溫服”的研究將具有巨大的意義。但是傳統的空調制冷只能是封閉的環境中進行，因此本文將結合幾種降溫的方法，將降溫結合在衣服上，把涼意帶給每一位辛苦的工作者，改良他們的工作環境。

一、幾種的降溫方法介紹以及應用

（一）物理水冷法

利用水的比熱容較大，將冷水充到夾克內，起到降溫的作用。

◆優點：制作工藝簡單。

◆缺點：由于水的自重已經水冷設備的重量，會加重工作者的負擔，不便于隨身攜帶。

（二）物理材料蓄冷法

常見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，放在冰箱里半小時后取出即可使用24小時。

◆優點：使用時間較長，方便蓄冷。

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

（三）空氣壓縮降冷法

壓縮空氣是機械能轉化為內能，空氣體積變小壓強增大會放熱。而撤去外力后壓縮氣體恢復到原來體積會變冷，因為此時內能比壓縮之前小。因此應用于服裝上，利用空氣壓縮機（氣泵）將空氣壓縮到高壓管中，然后調節氣流的流量即可達到制冷效果。

◆優點：夏日降溫，由于是空氣降溫，重量輕，深受各類用戶的喜愛、降低人體溫度最有效、最經濟及最簡便的途徑。馬甲式外觀，可內穿外穿，長期舒適穿用，溫度可調節，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即可制冷，不再需任何配件。

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

（四）氟利昂降冷法

利用氟利昂的蒸發吸熱，并利用加壓系統將氟利昂還原為液態，以此循環。

◆優點：制冷效果好。

◆缺點：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，違背了時代發展的主題—保護壞境。

（五）半導體制冷法（已出成果）

半導體制冷片（熱電制冷片），是一種熱泵。它的結構平滑，所以很難應用到一些空間，可靠性要求高，沒有污染的制冷劑。利用半導體材料的Peltier效應，當直流電通過兩種不同半導體材料串聯成的電偶時，在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，這種現象也是可以改變的，即改變通過的電流的方向就可以改變電偶的兩端是制熱還是制冷，可以實現制冷的目的。半導體制冷技術已經用到了冰箱、空調等其他電子冷卻端。

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

一塊柔性太陽能板負責利用陽光進行發電（理想功率為50w，一般情況下，太陽能板的功率輸出能穩定在25～35w）。太陽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。太陽能板外接兩個蓄電池（6600mAh），給持續充電。為穩定電源的輸入電壓的穩定與防止過沖，作品安裝了一個控制器即太陽能板控制器，并在電池組內安裝了安全保護裝置。兩個蓄電池組分別為太陽能降溫服兩側的六個半導體制冷片和六個散熱風扇供電。制冷片兩端分別接有導溫片。制冷面向衣服內部，通過導溫片制冷。發熱面向外，為確保制冷片正常工作，防止發熱端過熱燒毀，利用散熱片、散熱硅膠和散熱風扇進行輔助散熱。本作品一方面不僅利用環境的優勢進行發電，減少了單位面積的能量，另一方面又通過獲得的能量轉換成電能，從而制冷，從效果上達到了“雙重制冷”。見下圖。

該作品取得了初步的成功，并且能在外界長期的正常工作，并且制冷效果良好。

◆優點：持續供能，可長期使用，無需頻繁充“充能”。綠色無污染，利用太陽能。

◆缺點：加工、組裝略復雜，制冷范圍比較局限。

（六）新型材料降溫法

科羅拉多大學的研究者找到了一種無需制冷劑、無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”，利用的是特定波長的載熱紅外輻射可以不受阻礙地穿過地球大氣散逸到太空的特性，其冷卻效果相當強勁：在美國一棟普通房子的屋頂鋪設20平方米這種薄膜，就足以在室外溫度達37°C時把室內溫度保持在20°C。這種薄膜基于已經商業化生產的TPX塑料，成本僅為每平方米50美分。

◆優點：加工方便，成本低，綠色無污染，制冷效果好。

◆缺點：不可知性。

二、總結

我們小組相信“降溫服”會以重要的角色進入我們的生活。本文根據幾種傳統的降溫方法的特征、優缺點進行研究，也著重在半導體制冷法方面進行實踐，并得到了較為理想的結果。新材料的降溫服的設計，我們也會在新材料投入市場后進行及時的測試。

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作者簡介：張錢潮（1995），男，浙江嘉興人，湖州師范學院理學院物理學（師范）專業14級學生；周偉（1995），男，四川樂山人，湖州師范學院理學院物理學專業14級學生。

指導老師：呼格吉樂（1980），男，蒙古族，內蒙古通遼人，高級實驗師，工程碩士學位，湖州師范學院省級物理實驗教學示范中心，從事物理實驗教學與物理教學儀器開發。