MIT新系统可在不使用电力的情况下让物品冷却

MIT新系统可在不使用电力的情况下让物品冷却世界上一些最热的国家最需要冷却系统，但那里往往缺乏为这种设置提供动力所需的基础设施。现在，一个新的系统可以在这方面有所帮助--因为它可以在不使用电力的情况下提供多种冷却效果。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1318721.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1318721.htm

多层"液体窗"技术可帮助建筑节约能源

多层"液体窗"技术可帮助建筑节约能源然而，在炎热的夏天，人们可能想要可见光的亮度，但不想要红外线的热量。在冬天，他们可能两者都想要。此外，他们可能希望软化可见光，这样他们就不必整天都眯着眼睛。这就是新的"液体窗口"的用处。这种窗户由本-哈顿教授领导的多伦多大学的一个科学家团队开发，其灵感来自鱿鱼、墨鱼和磷虾的变色皮肤。这些动物能够在其皮肤下的细胞中移动色素，在透明和不透明的状态之间来回变化。去年，研究人员宣布了一种可着色的窗户，其灵感来自于这种能力。液体窗的原型将这一概念进一步推进，它结合了多个透明塑料的堆叠片，其中每一个都有一个毫米厚的微通道网络贯穿其中。通过将含有不同颜料（或其他分子）的液体泵入或泵出每张板材的通道，就有可能为整个窗户选择不同的光学质量组合。例如，通过将可见光阻隔的颜料从一个片材中抽出，同时将红外线阻隔的颜料抽入另一个片材中，窗口可以被设置为让可见光通过，同时阻隔红外线。此外，将光扩散颜料抽入或抽出另一张纸，可以调整房间内可见光的柔和程度。利用基于原型性能的计算机模型，科学家们估计，即使液体窗户只用于调节红外光的传输，建筑物每年的加热、冷却和照明能源消耗也会减少约25%。如果这些窗户也被用来控制可见光，这个数字将跃升至约50%。"建筑物使用大量的能源来加热、冷却和照亮它们内部的空间，"多伦多大学最近毕业的拉斐尔-凯说，他是关于这项研究的一篇论文的主要作者。"如果我们能从战略上控制进入我们建筑物的太阳能的数量、类型和方向，我们就能大规模地减少我们要求加热器、冷却器和灯所做的工作。"这篇论文最近发表在PNAS杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342381.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1342381.htm

新型玻璃膜可将温度降低7.2°C 显著减少建筑能源消耗

新型玻璃膜可将温度降低7.2°C显著减少建筑能源消耗在炎热的天气里，家中高达87%的热量是通过窗户散发的。阳光中的紫外线很容易穿过玻璃，使房间升温，从而增加了您需要打开空调的可能性，或者通过拉上窗帘或拉下百叶窗来放弃任何光线（同样，也放弃了美景）。不过，圣母大学的研究人员已经开发出一种窗户涂层，可以阻挡产生热量的紫外线和红外线，同时允许可见光进入，从而降低室温和制冷能耗。透明涂层在减少产生热量的紫外线和红外线的同时，还能提供完整的视野圣母大学MÖNSTER实验室（分子/纳米级传输和能源研究实验室）负责人罗腾飞说："就像偏振太阳镜一样，我们的涂层可以降低入射光的强度，但与太阳镜不同的是，我们的涂层即使在不同角度倾斜时也能保持清晰和有效。"2022年，罗和他的同事利用平面多层（PML）光子结构制造了一种玻璃涂层。这些堆叠的超薄层具有独特的折射率，可以根据光的波长选择性地透射或反射光线。他们将二氧化硅、氧化铝和氧化钛堆叠在玻璃基底上，再在上面覆盖一层薄薄的硅聚合物（PDMS），以反射热辐射（即受热表面向各个方向发射的电磁辐射），从而产生了一种透明涂层，他们说这种涂层的性能优于市场上的其他减热涂层。研究人员决心改进他们之前的工作。由于窗户通常是垂直安装的，一天中直射到窗户上的阳光会随着太阳的移动而变化。现有的窗户涂层往往针对以90度角进入的光线进行优化，因此它们阻挡光线的能力取决于所谓的太阳入射角。中午是一天中最热的时候，太阳光以斜角射入窗户，这意味着大多数涂层的阻挡效果较差。研究人员没有采用试错法来解决这个问题，而是使用了量子计算辅助机器学习模型。具体来说，他们使用了主动学习和量子退火，前者是机器学习的一个子集，其中学习算法可以交互式地询问用户以标注数据，后者则利用量子物理学来寻找最优或接近最优的元素组合。量子辅助主动学习方法使研究人员能够优化PML结构的配置，并为他们带来了绝对的优势，罗告诉《新图集》。"它可以用来解决非常复杂的优化和设计问题，"他说。"这项工作中的复杂优化问题很难用传统算法来解决。"研究人员利用以前使用过的元件，制造出了一种透明涂层，可以在很大的入射角度范围内选择性地透射和反射光线。然后，他们对其进行了测试。镀膜窗户和普通玻璃窗户被垂直放置在相同的室外试验室中。研究人员测量了每个室的白天温度。他们还将玻璃窗水平放置，面向天空，模拟机动车的天窗进行测试。与普通玻璃相比，镀膜玻璃表现出更优越的性能，在各种入射角度下都能将温度降低41.7°F至45°F（5.4°C7.2°C）。"阳光与窗户之间的角度一直在变化，"罗说。"无论太阳在天空中的位置如何，我们的涂层都能保持功能性和效率。"为了估算使用光子结构作为窗户的制冷节能效果，研究人员使用EnergyPlus软件模拟了不同城市标准办公室的能耗。结果表明，美国所有城市每年可节约高达97.5兆焦耳/平方米。这种节能效果在世界各地的城市都得到了体现，包括热带气候地区的城市。上图：地图显示美国使用窗户涂层后估计每年可节省的制冷能源。下图：全球16个选定城市的年制冷能耗估算。研究人员预计，他们的新型窗户涂层将有多种用途，包括商业、住宅建筑和汽车。"我认为它对汽车车窗特别有用，"罗告诉《新地图集》。"它可以用作天窗/月窗玻璃。它甚至可以用于挡风玻璃，你必须保持挡风玻璃的透明，但它会泄露大量的空间加热紫外线和红外（红外线）阳光。"研究人员仍需确定窗口涂层的可扩展性。"这还不得而知，"罗说。"我不能说它是否......更便宜，但随着我们努力扩大规模，它们可能会很便宜。这种涂层可以使用工业规模的涂层工艺制造。涂层中的材料都是非常普通的材料（没有外来材料）。"这项研究发表在《细胞报告物理科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426287.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426287.htm

英特尔开发创新的数据中心冷却技术 由美国能源部赞助

英特尔开发创新的数据中心冷却技术由美国能源部赞助英特尔的项目预计是一个为期三年的协议，提供171万美元的资金将使摩尔定律得以延续，使英特尔能够为其最高性能的处理器增加更多的内核和晶体管，同时管理未来设备的热量。英特尔超级计算平台集团的首席工程师和首席热力架构师TejasShah说："浸入式冷却因其简单性、可持续性和易于升级而被采用。这项提议将使两相浸入式冷却与未来十年处理器预期的功率指数增长相一致"。为什么它很重要数据中心约占美国总耗电量的2%，而数据中心的冷却可占到数据中心整体能源使用量的40%。所选项目旨在减少冷却数据中心所需的能源，并降低与这一重要基础设施相关的运营碳足迹。为了满足对计算能力和性能不断增长的需求，未来的数据中心处理器预计将需要超过2千瓦的功率，这对现有技术的冷却是一个挑战。(通过该计划开发的冷却解决方案将提高英特尔处理器和通过英特尔代工服务生产的处理器的能力，使摩尔定律得以延续，并进一步推动英特尔对能源效率和可持续解决方案的承诺。如何运作英特尔将与学术界和业界领袖合作，开发其创新的浸入式冷却解决方案。英特尔将监督研究工作，提供热测试车辆进行评估，并确定下一代处理器的外形尺寸和限制，包括热点位置。英特尔的项目开发了超低热阻的珊瑚形浸入式冷却散热器，集成在一个三维蒸汽室腔内，以支持更密集、更高性能的设备。英特尔的设计将通过优化3D蒸气室来解决适应两相浸入式冷却的挑战，以更有效地传播热量。研究人员将3D打印新型散热器，并在一系列工作条件下测试蒸发器。该团队将把新的蒸气室设计与创新的沸腾增强涂层配对，通过促进高成核点密度来减少热阻。今天，制造者在平坦的表面上应用这些涂层，但研究表明，具有内部槽状特征的珊瑚状散热器设计在两相浸泡冷却的情况下具有最高的外部传热系数潜力。该团队将使用计算方法来确定珊瑚状散热器的最佳设计。(作为比较，今天的散热器通常是由长而平行的肋骨制成的）。研究人员将把这些创新集成到一个两相浸入式冷却系统中，在这个系统中，服务器在一个专门设计的密封罐中运行，该罐使用非导电液体介质。服务器产生的热量导致液体沸腾并产生蒸汽，而蒸汽又经历了相变，使其恢复到液体状态，同时带走热量（很像家用空调系统）。该团队的目标是将整个两相浸入式冷却系统的能力从0.025℃/瓦提高到低于0.01℃/瓦，或2.5倍（或更多）的效率提高。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1365535.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1365535.htm

含水材料使窗户有选择性地阻挡光线与热量

含水材料使窗户有选择性地阻挡光线与热量这种新型动态窗户可以在正常的透明模式（透光透热）、阻挡热量但保持透明的模式和有色模式（阻挡部分光线但不阻挡热量）之间切换。这样，用户就可以在一年四季都享受到遮阳效果。这一切的关键在于一种叫做氧化钨的小材料，它经常出现在基于电致变色原理的动态玻璃窗中。通常情况下，氧化钨是透明的，当你施加电信号时，它就会变暗并阻挡光线，这使得它在按需着色的窗户上非常方便。但在新的研究中，北卡罗来纳大学的研究人员发现了它全新的隐藏技能：加入水后，它就变成了水合氧化钨，当它被用于电致变色窗时，就会有额外的设置。关闭时，它对光和热都保持透明，非常适合那些单调的冬日，因为这时候人们需要尽可能多的光和热。当一些电子和锂离子注入这种材料时，它首先会经历一个阻挡红外线（感觉到热）的阶段，同时对可见光波长保持透明。最后，随着更多的电子进入材料，它会过渡到一个黑暗阶段，在这个阶段，它既能阻挡可见光，也能阻挡红外线，非常适合夏天使用。氧化钨水合物究竟为何能发挥这样的作用，目前还不确定，但北卡罗来纳大学的科学家们有一个假设。"晶体结构中水的存在使结构密度降低，因此当锂离子和电子注入材料时，结构更不易变形，"该研究的第一作者杰内尔-福图纳托（JenelleFortunato）说。"我们的假设是，由于氧化钨水合物在变形之前能比普通氧化钨容纳更多的锂离子，因此会产生两种模式。一种是'冷'模式，即注入锂离子和电子会影响光学特性，但结构尚未发生变化，这种模式会吸收红外线。然后，在结构发生变化后，会出现一种'暗'模式，同时阻挡可见光和红外线。"虽然市面上并不缺乏动态窗户的设计者，但在一个系统中通常不会提供这么多的模式。即使有，通常也需要较笨重的装置。在这种情况下，由于只需要一种材料，玻璃的厚度和能源需求只与普通的氧化钨窗差不多。该研究的共同通讯作者迪莉娅-米利隆（DeliaMilliron）说："在一种已经为智能窗户界所熟知的单一材料中发现双波段（红外线和可见光）光控技术，可能会加速具有增强功能的商业产品的开发。"该研究发表在《ACSPhotonics》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386185.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386185.htm

新研究调查了中国传统窗户设计的几何特征及其在现代建筑项目中的应用

新研究调查了中国传统窗户设计的几何特征及其在现代建筑项目中的应用中国的冰射线花格是一种复杂的图案，灵感来源于冰裂纹，象征着春天的开始，被广泛应用于中国传统建筑中，尤其是窗户设计中。图为苏州留园的冰射线花格窗。图片来源：YiQianIasefMdRian博士现任西安交通大学利物浦分校建筑系副教授，他于2019年首次来到中国，立刻被苏州古典园林中的花格窗设计所吸引。他说："中国的古典园林给我的印象与西方的园林截然不同，西方的园林更加对称和有条理。然而，中国园林在布局和设计上更加自然。冰窗设计就是其中的一种表现形式"。Rian博士多年来一直专注于建筑设计中的分形几何，因此他有一种想要探索图案之美的冲动。他说："我的大脑总是在寻找这样的灵感源泉，所以我立刻就有了研究冰射线图案的基本几何原理的动力"。学生们正在制作冰射线格子屋顶。资料来源：Rian博士（西安交通大学）里安博士发现，制作冰射线图案的规则其实非常简单。他解释道："以类型1为例，首先将一个正方形分成两个四边形，然后每个四边形再分成两个四边形。在每一步中，细分四边形的比例都不同，这就是利用简单规则创造随机图案的方法。通过这种构造，中国工匠可能是想增加它的坚固性，使其能起到窗栏的保护作用。冰射线格子的随机配置提供了多角度的连接，使窗户成为一个结果力和均匀应力分布的集合体，进而实现了独特的刚度。而人类体内骨小梁组织的微观结构是随机晶格潜力的绝佳自然示例。它兼顾了有助于增强强度的高刚度和令人惊讶的轻质结构"。里安博士最近在《建筑研究前沿》（FrontiersofArchitecturalResearch）杂志上发表了一篇论文，探讨了冰射线图案的几何特质，并拓展了将随机图案融入结构设计的可能性，尤其是经常用于球形穹顶和曲面结构的格子壳设计。冰射线网格的不同类型。P代表五边形，Q代表四边形，T代表三角形。资料来源：Rian博士（西安交通大学）"在我的研究中，我开发了一种算法，为格子壳设计的冰射线模式建模，并评估了其与传统格子壳相比的可行性和有效性。这些网格壳由规则网格构成，与连续壳形成鲜明对比。普通网格壳在均匀载荷下表现良好，而冰射线晶格在非对称载荷下强度更高。一些经过优化的冰射线图案在自重情况下的强度竟然优于普通栅壳。将冰射线图案应用于格壳设计时，还具有额外的美学优势。"他说："我将这种图案的应用扩展到曲面上，这有助于释放其在几何、结构和构造方面的潜力，我将这种图案的应用扩展到曲面上，这有助于释放其在几何、结构和构造方面的潜力。"里安博士还将冰射线图案和复杂几何图形融入教学中。2022年，他为学生组织了一个设计冰射线格子屋顶的工作坊。他解释说，学习分形几何的概念可以真正推动学生的想法，让他们设计出独一无二的作品。"这与他们在高中所学的知识截然不同。在学习创建这个几何系统的过程中，他们还将学习计算建模和模拟。最终，他们将获得高级建筑和数字设计的全面知识，"他说。重新发现传统设计为了扩展这一领域的研究，Rian博士正在研究复杂几何形状在微尺度材料设计和结构设计等各个方面的有效性。他说："例如，在外立面设计中，我们通常使用传统或参数几何来设计规则的形状。然而，用复杂几何图形设计的随机形状可以提供更自然的印象和日光穿透力"。他鼓励设计专业的学生和研究人员向过去学习："任何传统设计都有其潜规则。现在，我们可以利用数字技术和先进工具，将传统工艺知识延伸和扩展到当代设计中。传统设计背后有很多灵感，这些原则确实可以启发我们设计师为未来进行创新设计。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425535.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425535.htm