普林斯顿大学的研究人员已经证明，一种经常被忽视的冷却技术可以在世界各地的建筑物中实现更多的通风，同时大大降低能源成本。
在《应用能源》杂志新冠肺炎版上发表的一项研究中，研究人员表明，辐射系统是空调的替代品，它控制人们周围表面的温度，而不是空气。辐射冷却板已经存在了一个多世纪，但由于冷却板上凝结的问题，其使用范围有限。
这项研究由建筑学助理教授、安德林格能源与环境中心的Forrest Meggers领导，该研究发现，将辐射板封装在一种特殊的膜中可以使该技术在每个主要气候区都有用，至少在一年中的一部分时间里是这样，并且可以降低高达25%的能源成本。研究人员表示，即使周围的空气温度异常高，用凉爽的表面包围人们也能让建筑居住者感到舒适。
这种辐射冷却可以使建筑物引入大量新鲜空气，而无需消耗大量能量来冷却这些空气。这项创新在今天可能特别重要，因为公共卫生指南呼吁提高通风率以对抗新冠肺炎，这是一种容易在室内传播的空气传播病毒。
冷却表面，而非空气
辐射系统依赖于辐射传热或辐射，即热量不断从温暖的表面流向较冷的表面的原理。研究人员表示，辐射供暖的影响占人们在空间中感受的50%，另一半是空气温度。辐射热传递是人们在冬夜篝火旁感到温暖，或在寒冷的日子里在窗户旁感到凉爽的原因，即使室温正常。
Meggers利用了这种效果，创建了一个封闭在透明膜内的小型冷水管系统，然后将其放置在墙壁和天花板上。
梅格斯花了数年时间研究辐射系统，以及它们如何帮助提高建筑效率，但新冠肺炎大流行使人们更加关注冷却表面而不是空气的额外好处。梅格斯说：“我们意识到，在更好地减轻新冠肺炎风险的同时，我们可以将效率提高一倍。”。
在全球范围内重振课堂
梅格斯说，安装了辐射板的学校可以通过打开门窗和用风扇移动空气来增加通风，而不会产生巨大的空调成本。
“尽管我们的系统需要重新配置天花板空间，但它不需要管道工程或围护结构改造，这意味着它可以在现有空间中广泛实施，”前安德林格中心杰出博士后研究员、梅格斯实验室现任博士后研究员Kian Wee Chen说。
陈说，教室是测试辐射系统的好地方，因为与高层办公楼不同，它们通常有打开的窗户，而且一个房间里有很多人可能会对健康造成风险。陈表示，由于系统中的水管，改造将需要管道工程，但这项任务不会过于劳动密集或技术要求高。
在2020年发表在《建筑研究与信息》杂志上的一篇论文中，陈表示，与再循环空气相比，在世界上最炎热、最潮湿的气候之一新加坡，辐射冷却系统可以使流入教室的空气100%是来自室外的新鲜空气。陈和他的团队发现，即使没有传统的空调，只要有风扇和移动空气的方法，辐射系统对高湿度环境也是有效的。
为了跟进这项研究，梅格斯实验室的研究人员想探索这项技术在全球所有气候中的确切用途。他们设计了包含湿度、风、露点等天气条件的模型，发现在他们研究的60个城市中，该系统可以在一年中的大部分时间用于大多数建筑。根据他们的模型，与基线相比，建筑物的平均年能源成本将节省10%至25%，在疫情的运营压力下更是如此。
研究人员发现，这项技术将在新加坡、里约热内卢和迈阿密等地节省最多的能源和成本，因为现有的空调系统在将空气送入建筑物之前会使用大量能源对其进行除湿，而辐射系统则不需要。结果显示，在这些地方，空调可以关闭，辐射系统全年70%的时间都在原地运行。在这些地区和世界其他地区，当温度条件过于极端，辐射系统无法满足时，将需要机械加热或冷却系统。这两个系统可以在辐射和基于空气的舒适控制的混合模式下一起运行，或者只使用空调或暖气作为备用。研究人员得出结论，这两种选择都需要比完全依靠调节空气舒适度少得多的能量来加热或冷却。
克服障碍
研究人员表示，这项技术没有被广泛采用有几个原因。一个是冷凝，梅格斯小组用其将冷管道与潮湿空气隔开的封装膜解决了这个问题。
但是，据研究人员称，还有一个更大的文化问题在起作用：空调在美国人的生活和建筑中根深蒂固。在20世纪50年代，空调是财富的象征，20年后，中央系统取代了窗户。建筑物现在被设计成气密的，只通过空调系统与室外空气接触，留给替代品的工具和设计规范很少。
陈表示，全球新冠肺炎疫情表明，有必要重新评估暖通空调系统，并有机会在美国公众和设计行业创造持久的变革。
为未来而设计
宾夕法尼亚大学韦茨曼设计学院建筑学助理教授、最新论文的合著者多里特·阿维夫说：“如果建筑师假设一个带有暖通空调系统的气密建筑围护结构，细节设计将与允许自然通风的建筑大不相同。”。“但是，如果你仔细想想，在空调出现之前的几个世纪里，建筑的设计一直鼓励自然通风。”Aviv于2020年在Meggers的实验室完成了博士学位。
下一步，Meggers的团队正在为依赖辐射系统而不是空调的建筑开发相当于恒温器的产品。他们还设想了通风口和过滤器，在控制过敏原、灰尘和花粉的同时引入大量空气。他们的目标是
测试更多的部署，并为系统的建设和使用提供指导，包括改造需要额外通风的教室，以便在疫情期间安全运行。
该研究的其他作者包括：Eric Teitelbaum、Denon Sheppard、Jovan Pantelic和Adam Rysanek。
