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5月4日，上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院制冷與低溫工程研究所王如竹團(tuán)隊(duì)在Science發(fā)表了題為“Sustainable cooling with water generation”的Perspective前瞻性文章。論文從能源-空氣-水之間耦合聯(lián)系的角度，分析了現(xiàn)有炎熱干燥地區(qū)實(shí)現(xiàn)空氣溫度-濕度調(diào)控的挑戰(zhàn)，提出通過(guò)吸附式空氣取水、熱泵、輻射制冷技術(shù)的耦合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)用于炎熱干旱地區(qū)的可持續(xù)制冷以及淡水收集協(xié)同。上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所博士后Primo? Poredo?為論文第一作者，王如竹教授為通訊作者。

如何避免使用能量密集過(guò)程，以淡水生產(chǎn)作為副產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)可持續(xù)冷卻？論文提出需要拓展現(xiàn)有制冷和冷卻技術(shù)的邊界，將其與吸附式空氣取水、熱泵、輻射制冷等先進(jìn)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，對(duì)水分-能量熱力過(guò)程進(jìn)行調(diào)控，解決炎熱、干旱的地區(qū)高效空調(diào)制冷以及淡水協(xié)同收集的難題，為實(shí)現(xiàn)全球綠色低碳轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展提供新的途徑。鑒于炎熱干旱地區(qū)具有晴天和充足的陽(yáng)光的氣候特點(diǎn)，論文提出利用太陽(yáng)光熱-儲(chǔ)熱熱能以及天空輻射制冷冷能分別協(xié)調(diào)增強(qiáng)吸附劑（干燥劑）解吸和吸附過(guò)程，進(jìn)而為利用吸附-解吸過(guò)程中同時(shí)存在水分和能量的儲(chǔ)存和傳輸效應(yīng)、協(xié)調(diào)處理空氣溫濕度提供可能。

論文基于之前研究經(jīng)驗(yàn)分析得出，吸附劑在吸附過(guò)程中，會(huì)自發(fā)捕捉空氣中的水分，并釋放吸附熱，水分被捕捉后形成了低濕度的空氣。該過(guò)程產(chǎn)生的吸附熱可以通過(guò)輻射制冷組件冷卻，也可以通過(guò)耦合熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)冷卻，增強(qiáng)吸附劑吸附能力。如耦合熱泵系統(tǒng)，其干燥劑涂層蒸發(fā)器本身具有調(diào)控室內(nèi)空氣溫濕度的能力，經(jīng)吸附劑除濕后的空氣可以進(jìn)一步降溫，最終產(chǎn)生低溫和適當(dāng)濕度的舒適空氣。而吸附劑的解吸過(guò)程中，所需要的解吸熱可以由太陽(yáng)能光熱-儲(chǔ)熱系統(tǒng)提供，實(shí)現(xiàn)干燥劑的再生，解吸出的水蒸汽可以冷凝收集獲得淡水。吸附劑的解吸可以與吸附劑的吸附同時(shí)發(fā)生，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的除濕以及空氣取水。此外，吸附劑的解吸熱也可以由熱泵系統(tǒng)的冷凝器提供，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)冷凝廢熱利用，解吸出的水蒸汽冷凝熱也可以由熱泵回收，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的能量效率。

論文提出，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高效熱泵空調(diào)制冷，也可以實(shí)現(xiàn)干旱地區(qū)空氣取水。通過(guò)吸附劑及熱泵的空氣除濕和再生過(guò)程實(shí)現(xiàn)吸附空氣取水，以及通過(guò)輻射制冷模塊降低物體表面（如建筑墻體、屋頂）溫度，實(shí)現(xiàn)夜間相對(duì)濕度較高的空氣結(jié)露取水，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)炎熱干旱地區(qū)協(xié)同可持續(xù)空調(diào)制冷與空氣取水。論文提出的耦合空調(diào)制冷與空氣取水技術(shù)路線，為解決干旱地區(qū)的溫濕度調(diào)控和淡水供給難題提供了一種前所未有的創(chuàng)新方案。通過(guò)該技術(shù)路線，可以將空氣中的水分利用起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)制冷和供水各環(huán)節(jié)能耗與碳足跡的降低，推動(dòng)全球可持續(xù)、低碳的發(fā)展途徑。該技術(shù)路線具有廣闊的應(yīng)用前景和社會(huì)價(jià)值，可應(yīng)用于建筑節(jié)能、工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各領(lǐng)域，為各行各業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供支持。

王如竹教授從事制冷、熱泵與熱調(diào)控研究，構(gòu)建了太陽(yáng)能熱能及低品位熱能高效利用技術(shù)體系，引領(lǐng)和推動(dòng)了我國(guó)空氣源熱泵熱水器、小溫差供熱系統(tǒng)、熱泵蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、除濕換熱熱泵空調(diào)等產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展，近30項(xiàng)國(guó)家及國(guó)際發(fā)明專利獲得轉(zhuǎn)化與應(yīng)用；主持的成果獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)和國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)；作為首位中國(guó)學(xué)者榮獲國(guó)際能源署熱泵大獎(jiǎng)、國(guó)際制冷學(xué)會(huì)最高學(xué)術(shù)獎(jiǎng)Gustav Lorentzen獎(jiǎng)?wù)碌?項(xiàng)重要國(guó)際學(xué)術(shù)獎(jiǎng)項(xiàng)。他領(lǐng)銜的能源-空氣-水創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（ITEWA）長(zhǎng)期致力于解決能源、水、空氣交叉領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過(guò)學(xué)科交叉實(shí)現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Materials、Chemical Society Reviews、Nature Water、Nature Communications等高水平期刊發(fā)表40余篇學(xué)科交叉論文。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.add1795