别听到辐射就害怕！原来它还有这些作用......

　　小满作为二十四节气中的第八节气，象征着降水频繁。“四月中，小满者，物致于此小得盈满。”意味着南方雨水之盈；北方麦籽粒刚开始饱满。

　　图源：摄图网

　　“万物生长靠太阳”小满之后，日照更长，太阳辐射更加强烈。

　　走在路上，你有没有观察过路边建筑的玻璃，很多并不是完全透明的玻璃，而是有各类颜色的镀膜玻璃。这不仅仅是为了美观，也与辐射息息相关。

　　热反射玻璃照片（注：来自网络）

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　　热量和辐射有什么关系？

　　热反射玻璃是通过真空镀膜等技术，在玻璃表面形成一层热反射镀层。大面积地应用于建筑表面时，能将太阳的绝大部分热量以热反射、热辐射等方式阻挡在建筑体外，从而能有效减少热量的吸收，在夏季降低建筑体内部温度。

　　温度上升，是由于物体持续吸收热量。热量可以通过传导、对流和辐射来传递。其中，「辐射 」是指物体向周围空间发射电磁波，也就是热辐射。辐射能力和温度有关，温度越高，辐射能力就越强。因此，一个温度较高的物体会向周围空间辐射更多的热量。物体表面的材料和颜色会影响它对热辐射的反射和吸收。 辐射制冷利用了这种反射和吸收的特性来实现制冷。

　　热反射玻璃工作原理图（注：来自网络）

　　传热的三种方式示意图（注：来自网络）

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　　辐射可以用来制冷？

　　1. 辐射传热的科学原理

　　辐射传热是基于吸收和发射辐射的物理学原理。当一个物体吸收辐射时，它会从周围空间吸收能量，导致温度升高。相反地，当一个物体发射辐射时，它会向周围空间释放能量，导致温度降低。 辐射传热是以电磁波的形式传播能量，过程中是不需要介质的，也就是说热量可以在真空中传递，因此它在太空中非常常见。

　　2. 辐射制冷的技术原理

　　「辐射制冷」是指热物体通过大气的红外透明窗口，利用黑体辐射的方式，将热量辐射到外部的低温空间中，从而达到制冷的一种方式。

　　辐射相关原理示意图（注：来自网络）

　　物体温度只要高于0K，就会产生热辐射，由于辐射物体表面状况、分子结构和温度等条件的不同，造成辐射波长也各不相同。地表上物体的热能大多数是通过辐射换热，将自身热量以13μm的电磁波的形式通过“大气窗口”排放到温度接近绝对零度的外部太空，达到自身冷却的目的。

　　辐射系统示意图（注：来自网络）

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　　辐射传热应用在我们生活的方方面面

　　1. 航空航天领域

　　宇航员在太空中使用的航天器的许多设备，因为大多数处于真空状态，无法进行热传导及热对流，其制冷与散热大多也是使用辐射传热技术。

　　航天器示意图（注：来自网络）

　　2. 农业领域

　　温室大棚也是运用辐射进行增温。太阳光在白天会透过温室的薄膜、玻璃照射进温室内，吸收太阳辐射的热量为温室增加温度，但地面反射出的长波辐射热量不能透过温室散出，从而减少热量的散失来实现增温。

　　温室大棚示意图（注：来自网络）

　　辐射传热在生活中也有着广泛的应用，例如我们经常使用的微波炉、红外线灶等都是通过辐射传热的方式实现加热的效果。此外，在工业生产中也需要利用辐射传热进行材料加热、熔化、蒸发等工艺过程。

　　微波炉工作示意图

　　红外线灶示意图（注：来自网络）

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　　辐射传热的未来如何？

　　辐射传热的相关技术，因其独特的优势，具备非常广泛的应用场景，目前已经在制冷技术、节能建筑、能源转换、材料制备等领域发挥越来越重要的作用。然而，辐射传热的相关技术在未来发展中也面临着诸多挑战。

　　1. 辐射需要进一步提高效率和进行合理的能量存储

　　辐射的总量虽然巨大，但是能流密度较低，且具备不稳定性。例如太阳辐射能量非常大，但受昼夜、季节、天气等多种因素制约，在夏季晴朗的正午时间，太阳辐射最强烈，但在阴天仅有五分之一。想要得到较高的功率，往往需要面积很大的收集设备。因此需要进一步提高能量转换效率，开发更高效的辐射能转换设备，同时设计有效的能量存储方式，以应对能量的不稳定性。

　　2. 实际生产过程需要提高稳定性及耐久性

　　辐射材料的稳定性耐久性在实际应用中起着至关重要的作用。辐射发射和吸收受物体表面的颜色及干洁程度的影响很大，实际应用中，设备易积水、积尘，同时设备长期使用后会出现生锈劣化等情况，会严重影响能量吸收效率。因此，在实际生产应用中还需要考虑高效合理低成本的设备维护和保养。

　　3. 降低设备的生产成本

　　随着技术的发展，部分辐射设备材料已经可以实现规模化生产，但效率偏低，成本较高，暂时还不能和常规的化石能源相比较，并且设备使用寿命较低。因此，在实际使用中，辐射转换设备应综合考虑当地电费、天气状况，充分利用各波段辐射能量，并且分析设备投资回收期合理选择设备种类及规模建设。

　　各波段辐射应用图（注：来自网络）

　　参考文献：

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　　供稿单位：北京制冷学会

　　撰稿人：徐钱 北京科技大学能源与环境工程学院副教授、北京市科协2021-2023年度青年人才托举工程被托举人

　　　　　　郑强 北京科技大学能源与环境工程学院硕士研究生