海南地区地球长波红外辐射大规模利用的实践研究：基于毛细管网络的节能制冷系统开发与性能验证

针对海南亚热带高湿气候区空调系统年运行超10个月导致的能耗问题，本研究提出了一种利用地球长波红外辐射(LWIR)的制冷系统。通过并联/串联毛细管网(1m×2m)构建冷却网络，结合夜间低温时段运行策略，实验证明平行毛细管网辐射性能更优，冷却时间10-40分钟，室内温差≤3°C，PPD≤25%，满足25°C制冷需求。该系统为热带地区节能减排提供了创新解决方案。

　　

在亚热带高温高湿的海南岛，空调已成为居民生活的刚需，但传统制冷系统每年需运行10个月以上，带来巨大的能源消耗和经济负担。随着全球气候变暖和能源危机加剧，开发新型节能制冷技术迫在眉睫。地球表面持续发射的长波红外辐射(LWIR)作为一种天然能源，波长范围8-15μm，能量密度约100W/m²
，为热带地区制冷提供了潜在解决方案。然而，现有LWIR利用技术存在冷却效率低、系统集成度差等问题，难以满足实际应用需求。

来自海南某高校的研究团队在《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》发表论文，创新性地提出了一种结合毛细管网与水基储能的LWIR制冷系统。该系统由四个并联/串联的PPR材质毛细管网(4.3×0.8mm)构成，配合1m³
保温水箱和辅助冷却装置，通过夜间低温时段蓄冷、日间辐射制冷的方式，实现了高效节能的室内温度调控。

研究采用黑体辐射理论分析、热力学性能测试和舒适度评估相结合的方法。关键实验技术包括：(1)使用JT-105-GN红外辐射计(3.5-50μm)测量LWIR强度；(2)构建5×3.6×3.7m测试房间，布置2m高毛细管网和四组温度监测点；(3)基于Stefan-Boltzmann定律计算辐射功率；(4)采用预测不满意百分比(PPD)和温度梯度评估热舒适性。

系统组成与冷却原理
系统分为辅助制冷、热交换和热辐射三部分。夜间通过冷却塔将水箱温度从30°C降至23.8°C，日间辅助制冷单元进一步降温至15°C，最后通过毛细管网辐射制冷。实验显示1m³
冷水可满足9小时制冷需求。

毛细管网辐射冷却性能
平行毛细管网的冷却效果显著优于串联结构，地面监测点C温度最低达19.8°C。根据逆平方定律计算，平行结构辐射功率达1516W，结合重力对流(190W/m²
)，总热通量约220W/m²
。

热舒适性分析
毛细管网下方0-2m高度温差3.2°C，PPD仅6.2%，远低于25%的舒适标准。室内平均温度维持在20-26°C，符合GB/T 18049-2017要求。

能量效率验证
系统实际COP达5.0，是传统空调的7.3倍。毛细管终端较风机盘管节能78.7%，年运行成本降低2191元，投资回收期约3.4年。

这项研究首次系统验证了LWIR在热带地区大规模制冷的可行性。通过毛细管网的高效辐射和重力循环协同作用，解决了传统辐射冷却效率低的问题。特别值得注意的是，该系统可与深海冷水资源结合，进一步降低能耗。研究为热带地区建筑节能提供了新思路，对推动绿色能源应用和实现"双碳"目标具有重要意义。未来可通过扩大毛细管网面积、优化水循环策略，进一步提升系统性能。