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可持续性的热光子学
热辐射代表了自然界的无处不在。作为主要能量和熵载体，热辐射在广泛的应用中起着根本重要的作用。在热光子学的新兴领域中，使用热光子结构（至少一个结构特征是波长或以下小波长量表）可以重塑与常规热发射器的热辐射，并为能源应用提供令人兴奋的机会[1] [1] [2]。热光子学现在正成为可再生能源研究的前沿，对节能，减少碳和可持续社会产生了影响。在纳米光学的特刊“可持续性热光子学”中，我们通过评论，观点和研究论文收集并突出了热光子学和相关可持续性应用的最新发展。该问题中包含的审查和观点提供了基于纳米素养的光则冷却的全面概述。Yoo等。 回顾了可切换辐射冷却策略的最新发展[3]。 基于不同的开关机制，例如润湿/干燥，机械刺激，热色素和电致色素反应，实施了自适应热管理，以实现稳定温度调节的要求。 Zhang等。 精确地指出了从实验室促进辐射冷却到实践时的问题和挑战[4]。 但是，对于大区域工业应用而言，设计和制造的复杂性是不起作用的。 Han等。Yoo等。回顾了可切换辐射冷却策略的最新发展[3]。基于不同的开关机制，例如润湿/干燥，机械刺激，热色素和电致色素反应，实施了自适应热管理，以实现稳定温度调节的要求。Zhang等。 精确地指出了从实验室促进辐射冷却到实践时的问题和挑战[4]。 但是，对于大区域工业应用而言，设计和制造的复杂性是不起作用的。 Han等。Zhang等。精确地指出了从实验室促进辐射冷却到实践时的问题和挑战[4]。但是，对于大区域工业应用而言，设计和制造的复杂性是不起作用的。Han等。透视图详细阐述了理论约束，光谱选择性的局限性，材料和结构设计的难度，不均匀的评估方案，商业化问题和可能的解决方案。白天辐射冷却需要对热辐射的光谱控制：太阳光谱中的同时高反射和大气窗中的高发射率[5]。多层光学堆叠，超材料和光子晶体，用于亚镜子白天辐射冷却[6]，[7]。最近，聚合物和随机光子材料可以在热辐射的纳米光子控制中具有高的设计自由度和可扩展制造[8]。除了在太阳光谱和大气窗口的增强光谱选择性外，还赋予了越来越多的功能和工业可伸缩性。在本期特刊中，Zhao等。提出了双层辐射冷却涂层，通过用二氧化硅 /聚（乙烯基二氟乙烯 - 二甲基二甲基二氟丙烯）覆盖TIO 2 /丙烯酸树脂涂料，在可伸缩的工艺中呈现超氢肥料性能[9]。开发了基于回收的聚合物的无源辐射冷却材料，目的是用于可持续目标，而不是使用原始聚合物[10]。疏水性，鲁棒机械强度，耐用性和可伸缩性的组合，Wang等人。提出了一个双层PDMS/纳米，用于有效的被动白天辐射冷却[11]。与三维（3D）印刷技术集成在一起，Park等。Kim等。Kim等。合成的3D可打印的空心二氧化硅纳米颗粒用于亚镜头白天辐射冷却[12]。实验证明了基于聚丙烯硝基的纳米纤维（Nanopan）聚合热散热器[13]。增强的双面PV性能是通过纳米跨和金属背部反射器的波长选择性散射特性的组合获得的。Yang等人使用活跃的冷却技术突出显示适应性。提出了一种基于纳米多乙烯的Janus型辐射冷却膜，常规的辐射冷却和抑制的中红外发射，分别在顶部和底部获得[14]。Felicelli等。提出了由基于纤维素的棉纸和薄
应用的热工程
季节性热能储能是通过将可再生能源整合到能源系统中，使低碳未来的有效度量。钻孔热量储能（BTE）为长期热能存储提供了解决方案，其运营优化对于充分利用其潜力至关重要。本文介绍了BTE的新型线性化控制模型，该模型描述了在不同的工作条件下的存储温度动力学，例如入口温度，质量流量和井眼连接布局（例如串行，并行或混合）。它支持一个优化框架，该框架被用来确定热泵驱动的BTE的最佳操作条件，但要遵守电力的不同𝐶𝑂2强度轮廓。证明，由于其季节性变化，这种边界条件对于系统的最佳操作至关重要，因为冬季的热泵效率提高而在夏季接受较低的热泵效率可能是有益的。符合两个不同的2个强度曲线的示例性区域病例的结果表明，夏季相比，夏季的相对强度较低，而冬季的相对强度较低，导致储存的最佳工作温度较高。所研究的地区系统是供暖为主的，有效地使BTE仅覆盖了总热量需求的20％，从而导致每年的二氧化碳排放量为2.2％至4.3％。在计算与BTE处理的加热和冷却需求相关的收益时，发现较高的𝐶𝑂2排放量在12.8％–19.9％的范围内减少。这突出了当受到更平衡的负载时的BTES潜力。
应用的热工程
集成在辐射地板中时，相变材料（PCM）使系统能够在冬季存储和释放热能，并在夏季有效缓解热量。尽管大量研究检查了PCM的辐射地板的热性能，但大多数作品进行了数值分析。只有少数研究实验研究了PCM集成的辐射地板，并且仅限于实验室设置。此外，几乎所有的作品都专注于空间加热。在H2020欧洲项目思想中的大规模研究了通过PCMS增强的辐射地板。该系统由两种类型的PCM组成，一种用于加热，一种用于冷却，安装在配备现有空气处理单元（AHU）的建筑演示器中。数据显示，在夏季，热量在白天被PCM吸收。热量，以将室内温度保持在接近设定点附近。在冬季，与唯一的AHU相比，与AHU集成的辐射地板可实现13％的能源节省。PCM热存储允许将设定值温度从9小时保持20°C的设定温度，直到关闭系统后的近30小时。
二氧化硅在热能存储中的热稳定性：预印本
本作品部分由美国国家可再生能源实验室撰写，该实验室由可持续能源联盟有限责任公司运营，为美国能源部 (DOE) 服务，合同编号为 DE-AC36-08GO28308。资金由美国能源部高级研究计划局 - 能源 (ARPA-E) 以及美国能源部能源效率和可再生能源办公室 (EERE) 下的 Gen3 CSP、太阳能技术办公室 (SETO) 提供。本文表达的观点不一定代表美国能源部或美国政府的观点。美国政府保留；出版商在接受文章发表时，即承认美国政府保留非独占的、已付费的、不可撤销的全球许可，可以出于美国政府目的出版或复制本作品的已出版形式，或允许他人这样做。
热能传递
• 每组学生需要在折叠的纸巾上放四块蓝色冰块和三个隔热杯 – 一个装满温水，一个装满冷水，一个装满室温水。 – 让每个小组在温水杯中加入红色食用色素，在冷水杯中加入蓝色食用色素。室温水杯将保持清澈 – 让每个小组用钳子在三杯水中各加一块蓝色冰块，将第四块冰块留在折叠的纸巾上 – 让学生观察冰块融化的过程，同时记住以下问题： 融化冰块的热能从何而来？ 答案：来自水 热能是如何传递的？ 答案：传导 热量向哪个方向移动？进入冰块还是流出冰块？ 答案：进入冰块 四个冰块中哪一个融化得最快？ 答案：放在温水中的那个 冷水中的冰块比纸巾上的冰块融化得快吗？答案：是的 冷水比房间里的空气冷吗？为什么冷水比暖空气更快地融化冰？ 答案：通过水的传导比通过空气更有效，因为水的密度更大，可以更快地将热量转移到冰中 • 让学生在学生工作表上记录他们的观察结果，并清理他们的工作台，为下一个实验做准备。
