当外面热的时候，我们想要冷的。在晚上，我们喜欢能够打开灯。在白天，很难找到黑暗。

所有这些东西——热与冷、白天与黑夜、光明与黑暗——似乎都是对立的。然而，中国哲学认为，这些对立的力量，统称为阴和阳，并不是分开的。科学已经证明了这一点。让我来告诉你最新的阴阳科学，以及它如何给空调带来革命性的变化。

威利斯开利的空调

一百年来，我们一直在使用这些机械系统，称为空调，以消除热量和湿度的建筑物。这是二十世纪出现的许多革命性技术之一。因为有了空调，像奥兰多和凤凰城这样的地方的人口比没有空调的地方要多得多。

空调的工作原理是将室内空气通过装有风扇的盒子循环输送，然后通过冷盘管对空气进行冷却和除湿。它从家里吸进空气，通过冷盘管，然后把更冷、更干燥的空气送回屋里。太棒了!

但是热量会发生什么变化呢?室内空气的热量进入冷盘管。线圈中充满了制冷剂，一种会变冷的材料。制冷剂吸收室内热量后，进入室外机(典型分体式系统)。室外机通过压缩机和另一个盘管将热量排入室外空气。是的，其他类型的空调存在，但绝大多数是我刚刚描述的类型:分体式，空气源空调。(关于它们如何工作的更多细节，请参阅我的文章，寒冷的魔力．)

压缩机是空调器中消耗能源的主要部件。它会产生高压并使制冷剂循环。这些年来，压缩机已经越来越好了，但这个过程仍然是能源密集型的。

辐射冷却的能力

每一点物质都向周围散发能量。物质也从周围吸收能量。净能量流是流入还是流出某一特定物体取决于两个因素:温度和发射率。的斯蒂芬玻尔兹曼定律在物理学中把所有这些放在一起。

我们之前讨论过这个问题。我的说法有点不同，举个例子，一个裸体的人在床上跳。(也许你还记得我的文章裸体的人需要建筑科学?)他身体表面的温度比周围的温度要高，尤其是单面玻璃窗。因此，净热量流出他的赤裸的身体，进入周围环境。

早在上世纪70年代，能源危机引发了大量能源创新，辐射冷却是人们试图节约能源的方法之一。在研究生的太阳能课上，我学到了一种方法，那就是在屋顶上放一池水。白天，水被热连接到室内，同时被覆盖，并与直接获得的太阳能和周围环境的热量绝缘。到了晚上，盖子会被掀开，水会把白天从房子里收集的热量散发出去，送到寒冷的夜空中。

好主意，如果你不介意头上有那么多水的话。但它只能在晚上排出热量，因此受到限制。所以我们有昼夜问题。光明与黑暗。但是我们怎样才能得到阴阳呢?

一种提供免费冷却的超材料薄膜

同行评审期刊科学有一篇标题复杂的文章，用于日间辐射冷却的可伸缩制造的随机玻璃聚合物混合超材料，但是一条简单的信息。研究人员已经开发出一种可以在夜间散热的材料和在白天。而它做到这一点的能力令人印象深刻。

文章顶部的照片显示了这种材料，一种半透明的薄膜。它基本上是一层塑料薄膜，里面嵌有微小的二氧化硅球。(二氧化硅是世界上很多沙子的主要成分。)这些球体在调节材料发射红外辐射而不吸收白天照射材料的任何太阳辐射方面发挥着关键作用。这篇论文涉及了物理学，包括讨论了微球的声子增强的Fröhlich共振和消光截面，但如果你愿意，我会让你读那些细节。

这种被称为超材料的薄膜和微球组成了一部分。它不吸收太阳辐射，而是让这些电磁波直接穿过。所以他们在薄膜上放了一个反光的衬底，把阳光反射出来。这可以防止胶片后面的任何东西(在我们的例子中就是一座建筑)被加热。

对于建筑界来说，一个真正令人兴奋的发现是他们测量的冷却能力。他们把胶卷放在户外，测量它能向天空辐射多少热量。他们使用电加热器将热量泵入薄膜，并调整速率，以保持薄膜与周围空气的温度相同。研究人员说，通过增加刚好足够的热量来保持温度不变，“因此，总辐射冷却功率与电加热器产生的加热功率相同。”

秋天，他们在亚利桑那州的Cave Creek做了这个实验。正午的太阳辐照度超过289 BTU/h每平方英尺(900 W每平方米)。在三天的时间里，他们发现冷却能力是:

• 正午时每平方英尺29.5 BTU/h(93瓦特每平方米)
• 34.9 BTU/hr每平方英尺(110 W每平方米)超过3天

这很令人惊奇。这意味着你可以用大约400平方英尺的这种薄膜获得一吨的冷却能力(每小时12,000 BTU)。如今，一个典型的新房子每1000平方英尺有空调的地板面积大约有一吨的制冷负荷。如果这种材料和现在看起来一样好，找到足够的屋顶区域来满足你所有的制冷需求应该不难。

关于那个星号……

是的，我最后一节的题目是正确的。薄膜本身在没有能量输入的情况下提供冷却。但是为了给建筑物降温，你肯定需要使用一些能源。否则，你就无法将大楼里的热量传递到屋顶上的胶片上。这样做的一个好方法是使用循环太阳能板来收集室内的热量，并将其循环到屋顶薄膜的位置。

所以这不是免费的午餐。对不起。

有什么新鲜事吗?

其他研究人员也研究了类似的辐射冷却方法。（看到这篇文章,例如)。这里的不同之处在于，以前的材料很难制造，而且扩大规模的成本很高。这是一种嵌入了微球的塑料薄膜。它应该更容易和更便宜的生产。因此标题的第一个词是:可扩展。

是的，还有很多问题。他们在干燥的气候下做这项工作。当你把胶卷放在潮湿气候的屋顶上会发生什么?他们在阴天工作得怎么样?

这种超材料最终会取代传统空调吗?我认为它有很多希望，但还有待观察。最好的技术，即使在完全开发之后，也不一定能在市场上取胜。(还记得VHS vs Beta吗?)

但有一件事我们是知道的，那就是中国的哲学家们有很多的洞察力。领导这项研究的科罗拉多大学研究人员也这么认为。它们的名字是阴和阳。真的!

感谢Lloyd Alter让我注意到这篇文章。你可以在Treehugger上读到他的文章:新的保鲜膜可以在阳光灿烂的时候保持建筑物的凉爽．

Allison贝尔斯他是一位演说家、作家、建筑科学顾问和《能源先锋的博客．你可以在Twitter上关注他@EnergyVanguard．