基于大气远红外窗口辐射散热和反射太阳能量的地球温室效应控制研究

Control of earth greenhuose effect is a hot topic nowadays. In this paper, a new method is developed to control earth greenhuose effect, which is based on emitting radiative energy to outer space through far infrared window for atmospheric layer and enhanceing reflecting solar enegy in order to reduce temerature of the earth surface. Based on radiative transfer equation and using discrete coordinate method, Monte Carlo method etc., the transferring law through the atmospheric layer for radiative energy of far infrared window (8-13μm) and reflected solar energy is studied, and effects of greenhuose gasses, such as water vapour and carbon dioxide etc., and aerosol particles on radiative transfer law are considered. Radiative properties of white paint is further studied, and methods of film deposition and nano-particles deposition are used to coat surface of a radiative plate, and then using advanced apparatus of our units, micro-structure of coated surface are observed, and spectral reflectivity of coated surface is tested. Finally, proper surface coaitng matirials and methods are found, which should have big emissivity at long wavelenghth of far infrared window for atmospheric layer and big reflectivity at short wavelenghth of the sun (0-4μm). In the end, this study provides strong theoretic evidence and technological surport for using emitting through far infrared window for atmospheric layer and reflecting solar energy to control greenhuose effect of the earth.

地球温室效应控制是目前的一个热门话题。本文独辟蹊径，利用大气远红外窗口将地面能量向太空辐射出去和增强反射太阳能量，从而可降低地球表面温度，达到控制地球温室效应的目的。基于辐射传递方程，采用离散坐标法、蒙特卡罗法等方法研究大气远红外窗口波段(8-13微米)发射的辐射能量和反射的太阳能量在大气中的传递规律，考虑大气中的水蒸气、二氧化碳等温室气体、以及气溶胶粒子对辐射传递的影响。对白油漆涂层的辐射特性进行进一步研究，采用镀膜和沉积纳米颗粒等方法对表面进行处理。利用我单位先进的仪器设备对涂层表面的微观形貌进行观察，并对其光谱反射率等进行测量，寻找出合适的表面涂层材料和处理技术，使得涂层表面在大气远红外窗口波段的发射率较大，而在太阳发射的短波段(0-4微米)的反射率较大。最终为利用大气远红外窗口辐射能量和反射太阳能量的方法控制地球温室效应提供有力的理论依据和技术支撑。

温室效应是当前的热点问题，本文从节能减排和反射太能量等多个方面对其控制进行了研究。蓄热技术是提高能源的利用效率及保护环境的重要技术。作为典型的蓄热相变材料，石墨/石蜡复合相变材料具有很高的导热系数，在太阳能蓄热、废热和余热的回收利用、工业与民用建筑物采暖与空调等节能领域具有很好的应用前景。我们从数值模拟和实验研究两个方面对石墨/石蜡复合相变材料的传热特性进行了研究，实验结果与数值模拟结果吻合很好，验证了所采用的数值方法的正确性，从而摸索出一套求解相变传热的数值方法，在计算方法上具有一定的创新性；另一方面，数值模拟结果也完美地解释了实验现象，深刻揭示了对流换热系数、复合相变材料的各向异性导热系数、定热流边界条件等对相变传热的影响，具有创新性。. 对金属基底白油漆涂层对太阳能量的反射特性进行了实验研究，测量光谱反射率的仪器为分光光度计，并运用谱带模型理论来处理实验数据。研究显示杜邦白漆对太阳能量的平均反射率约为71.6%，这是一个相当可观的比例，为采用在戈壁滩安装反射板、在建筑物外表面涂白漆材料来反射太阳能量提供了实验依据。. 现代经济和科技的发展使得城市面积越来越大，人口越来越多，大量城市高楼兴起。人们在建造城市高楼时更多的考虑的是美观性，没有考虑这些高楼的外表面对太阳能量的吸收对地球温室效应的影响。因此，本文对常用建筑外表面装饰材料，如各种颜色的瓷砖、不同砂子与水泥配比的水泥砂浆、大理石、红砖等，对太阳能量的吸收和反射特性进行了实验研究。从而提高人们对建筑外表面材料对太阳能量吸收特性的认识，在考虑建筑物美观的同时，应当兼顾考虑夏季尽量减少其对太阳能量的吸收。. 对单层及多层各种树叶对太阳能量的反射和吸收特性进行了实验研究，发现了树叶在某些波段对太阳能量的半透明特性，并建立多层辐射传递模型、并采用一定的方法反演出树叶的折射率随波长的变化关系。