基于几种降温方法的降温服的研究

张钱潮 周伟 金鑫达 陈伊 赖宇银 呼格吉乐

摘 要：基于市场上出现的一些新型降温材料以及结合生活中人们在高温环境下工作令人难耐，因此“降温服”在我们现在的生活中和未来是不可缺少的。作者将结合几种传统的降温方法对概念服装“降温服”进行深度的研究并在半导体制冷法此基础上重点实践。本文将通过对传统物理水冷降温法、物理材料蓄冷法、空气压缩法、氟利昂降温法、半导体制冷法、新型材料制冷法来介绍，并分析每种方法的优缺点，总结出未来“降温服”的发展趋向。

关键词：新型降温材料；降温服；物理水冷降温法；降温材料蓄冷法；空气压缩法；氟利昂制冷法；半导体制冷法；新型材料制冷法

我们生活中有大量的人的工作环境却在高温的环境下工作。环保工人、交警等露天工作者以及工业高温环境。因此对“降温服”的研究将具有巨大的意义。但是传统的空调制冷只能是封闭的环境中进行，因此本文将结合几种降温的方法，将降温结合在衣服上，把凉意带给每一位辛苦的工作者，改良他们的工作环境。

一、几种的降温方法介绍以及应用

（一）物理水冷法

利用水的比热容较大，将冷水充到夹克内，起到降温的作用。

◆优点：制作工艺简单。

◆缺点：由于水的自重已经水冷设备的重量，会加重工作者的负担，不便于随身携带。

（二）物理材料蓄冷法

常见的物理材料主要有磁性蓄冷材料，利用蓄冷材料具有较大的比热容，放在冰箱里半小时后取出即可使用24小时。

◆优点：使用时间较长，方便蓄冷。

◆缺点：不能满足长期在外工作的工作者，起不到持续性作用。蓄冷的方法也比较传统，耗能比较大。

（三）空气压缩降冷法

压缩空气是机械能转化为内能，空气体积变小压强增大会放热。而撤去外力后压缩气体恢复到原来体积会变冷，因为此时内能比压缩之前小。因此应用于服装上，利用空气压缩机（气泵）将空气压缩到高压管中，然后调节气流的流量即可达到制冷效果。

◆优点：夏日降温，由于是空气降温，重量轻，深受各类用户的喜爱、降低人体温度最有效、最经济及最简便的途径。马甲式外观，可内穿外穿，长期舒适穿用，温度可调节，且可制造类似于全气囊的马甲，降温均匀。只需要冷源空气压缩机即可制冷，不再需任何配件。

◆缺点：不能满足长期在外工作的工作者，起不到持续性作用。并且由于高压，存在着潜在的巨大危险。

（四）氟利昂降冷法

利用氟利昂的蒸发吸热，并利用加压系统将氟利昂还原为液态，以此循环。

◆优点：制冷效果好。

◆缺点：装置太多，组装到服装上基本不可能，并且能耗大。且氟利昂破坏大气臭氧层，违背了时代发展的主题—保護坏境。

（五）半导体制冷法（已出成果）

半导体制冷片（热电制冷片），是一种热泵。它的结构平滑，所以很难应用到一些空间，可靠性要求高，没有污染的制冷剂。利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，这种现象也是可以改变的，即改变通过的电流的方向就可以改变电偶的两端是制热还是制冷，可以实现制冷的目的。半导体制冷技术已经用到了冰箱、空调等其他电子冷却端。

该“降温服”主要有工作服（夹克），一块柔性太阳能板，蓄电装置、电路控制装置和半导体制冷装置6大部分组成，其基本流程如下：

一块柔性太阳能板负责利用阳光进行发电（理想功率为50w，一般情况下，太阳能板的功率输出能稳定在25～35w）。太阳能板可以充分利用自然新型能源，把原本作为热源影响工作的阳光作为制冷衣的能源输入，在这方面减少了单位面积上光照的能量。太阳能板外接两个蓄电池（6600mAh），给持续充电。为稳定电源的输入电压的稳定与防止过冲，作品安装了一个控制器即太阳能板控制器，并在电池组内安装了安全保护装置。两个蓄电池组分别为太阳能降温服两侧的六个半导体制冷片和六个散热风扇供电。制冷片两端分别接有导温片。制冷面向衣服内部，通过导温片制冷。发热面向外，为确保制冷片正常工作，防止发热端过热烧毁，利用散热片、散热硅胶和散热风扇进行辅助散热。本作品一方面不仅利用环境的优势进行发电，减少了单位面积的能量，另一方面又通过获得的能量转换成电能，从而制冷，从效果上达到了“双重制冷”。见下图。

该作品取得了初步的成功，并且能在外界长期的正常工作，并且制冷效果良好。

◆优点：持续供能，可长期使用，无需频繁充“充能”。绿色无污染，利用太阳能。

◆缺点：加工、组装略复杂，制冷范围比较局限。

（六）新型材料降温法

科罗拉多大学的研究者找到了一种无需制冷剂、无需电力就可以为建筑降温的薄膜，这种新型薄膜的工作原理是“辐射冷却”，利用的是特定波长的载热红外辐射可以不受阻碍地穿过地球大气散逸到太空的特性，其冷却效果相当强劲：在美国一栋普通房子的屋顶铺设20平方米这种薄膜，就足以在室外温度达37°C时把室内温度保持在20°C。这种薄膜基于已经商业化生产的TPX塑料，成本仅为每平方米50美分。

◆优点：加工方便，成本低，绿色无污染，制冷效果好。

◆缺点：不可知性。

二、总结

我们小组相信“降温服”会以重要的角色进入我们的生活。本文根据几种传统的降温方法的特征、优缺点进行研究，也着重在半导体制冷法方面进行实践，并得到了较为理想的结果。新材料的降温服的设计，我们也会在新材料投入市场后进行及时的测试。

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作者简介：张钱潮（1995），男，浙江嘉兴人，湖州师范学院理学院物理学（师范）专业14级学生；周伟（1995），男，四川乐山人，湖州师范学院理学院物理学专业14级学生。

指导老师：呼格吉乐（1980），男，蒙古族，内蒙古通辽人，高级实验师，工程硕士学位，湖州师范学院省级物理实验教学示范中心，从事物理实验教学与物理教学仪器开发。