一种自动化设备降温贴附材料的研制与应用

一种自动化设备降温贴附材料的研制与应用

李洪卫,符湛茹

深圳供电局有限公司，广东 深圳

摘要：目前配网自动化技术就是结合现代网络通信技术、信息处理技术以及电子技术，并在此基础上发展的具有综合性的技术，电力自动化技术的应用能够对电能输送时的问题进行解决，有利于电力工程的可持续性发展，可见配网自动化的重要性，但用电量越来越大，大容量高电压电气设备不断运行，热故障已成为影响电力设备正常运行的主要原因。电气设备过热会导致设备运行工作异常，电气设备中的核心金属会因过高温而影响其金属强度，导致设备出现接触不良、绝缘热击穿、连接部位热变形、使用寿命缩短，甚至熔焊、引发火灾等一系列的连环反应，影响安全生产，引发安全事故。为了更好地为自动化设备降温已迫在眉睫。

关键词：自动化；热损坏；降温；贴附材料

一、户外自动化设备降温材料的现状

现目前为给户外设备降温，一般采用空调或其他通风设备，存在几方面困扰：其一，部分户外设备因本身结构或空间限制，无法安装降温装置；其二，部分安装了降温装置的设备，夏季高温时段依然未完全有效解决内热问题；其三，空调等降温装置属于电气设备，频繁启停，长时间运行故障率高，一旦出现故障，户外精密设备将失去保护，高温报警；其四，空调的运行增加了碳排放，增加了温室气体的排放，整体上是给大环境升温。鉴于以上的降温缺陷，我们必须找到一款更好的降温材料来解决温度升高的问题。

二、户外自动化设备降温材料的目的及意义

为解决上述技术中提出的问题，本项目提供了一种给自动化设备降温贴附材料由有机高分子材料和功能无机材料构成，通过大气透射窗口波段的高红外发射能力将热量源源不断向外太空冷源高效传递，同时利用对太阳光高反射作用将太阳热量吸收降到最低，达到显著降温的效果。鉴于以上的降温缺陷，我们必须找到一款更好的降温材料来解决温度升高的问题。

该降温材料可以更好的保障自动化设备的电子元器件在工作时的性能、寿命和安全，达到用电可靠性的目的，这才是该项目的意义所在。

三、户外自动化设备降温材料的原理及结构特点

1、降温材料的原理：

太阳辐照与地球表面产生的红外辐射构成了通常所说的环境辐射，环境辐射与大气之间的相互作用维持着能量平衡并决定着地球表面的温度。太阳辐照入射的短波长(0.3~2.5μm)可被大气中的空气和云团反射、吸收或散射。地球表面温度约为300K，根据普朗克定律，地面产生的辐射波长范围为2.5~50μm，类似地，这种地面辐射在向上传播过程中也会被大气反射、吸收或散射。过去，辐射制冷通常只用于夜间获取低温，最近几年，随着新型微纳材料与辐射研究的发展，白天辐射制冷成为可能。可以发现，太阳辐射的波长与300K的黑体辐射具有非常小的重叠部分，因此，研制在太阳光谱中具有近零的低发射率（高反射率），同时在红外区域保持高发射率的光谱选择性表面可以实现白天太阳直射下的辐射制冷。

由于地表温度约为300K（黑体辐射波长约为3~50μm），因此在这一波长范围内的大气发射率引起了人们的关注。由于大气成分作用的综合效应使得最小的大气辐射波长在8~13μm，这一范围被称为“大气窗口”，即大部分可以不受阻碍地穿过大气传播的地面热辐射都在这个波长范围内。因此，对于大气窗口范围内的红外发射率高的特殊材料（发射辐射波长为8-13μm），在这个波长段的能量可以毫无阻力地穿过大气层，不被反射、吸收和散射等，直接进入外太空，从而实现制冷的目的。

换言之，这种材料成为人类居住的适宜环境与外太空之间能量输送的纽带。

2、材料设计技术

从太阳辐照、大气辐射、固体表面热辐射、天空辐射制冷的特性（如理想发射曲线、热测量方式和设备、选择性辐射表面、温湿度对辐射制冷的影响、对流和导热等非辐射传热、强化天空辐射制冷的结构设计）等多方面深入揭示了天空辐射制冷的机理及多方面影响因素。此外，还对应用于白天和夜间天空辐射的材料进行了全面的综述，如聚合物基材料、无机薄膜、纳米复合材料、仿生材料等，同时从经济性和实用性等方面讨论了材料的制造方式，以实现低成本下在大气窗口内发射率超高的大规模应用。

3、研究精细表面处理技术

建筑耗能约占总能源消耗的40%，而建筑耗能主要来源于HVAC系统，具体而言，制冷消耗占到建筑耗能大部分。天空辐射制冷与建筑结合，不消耗或消耗很少的能源，对实现节能减排产生巨大影响。文中概述了与建筑结合的天空辐射制冷，讨论了该项技术的机遇与挑战。

在太阳能电池方面，商用太阳能电池通常能量转换效率为12%~20%，太阳能电池容易受到不必要的太阳能加热效应而缩短其寿命。目前常用在太阳能电池方面的冷却技术有水冷、风冷、热管、热电模块和相变材料。天空辐射制冷为太阳能电池的冷却提供了新的思路，可以通过放置在太阳光谱中具有高透射率和在工作温度下红外光谱上高发射率的薄层材料来实现。

四、户外自动化设备降温材料的实用特点

自动化设备降温贴附材料同时具备太阳能波段95%的高反射率和大气窗口（8-13um）选择性高发射率的特点。一方面可将太阳辐射的热吸收控制在极低水平，另一方面利用地球“大气窗口”，可将地表物体的热量以特定电磁波（8-13um）的方式，持续不断地传递出去。制冷材料对置于户外的设备设施，可实现24小时零能耗持续制冷

。

五、户外自动化设备降温材料的应用效果及成果

该降温材料可以在不改变设备原有结构、不增加温室气体排放、零维护零能耗的情况长期为户外设备降温散热，为户外设备提供良好的运行环节，为设备保驾护航。可将户外自动化设备降温贴附材料贴覆于户外设备的外表面，只要是装有自动化设备的柜子都可以降低设备温度，也可以美化环网柜涂鸦部分。做成透射型膜，可用于汇控柜可视窗玻璃部位，在不影响可视的情况下，同样具有降温效果，并在罗湖供电局、龙岗供电局投入使用，安全性高。

总的来说，我在该项目的设计中收获了很多东西，这些东西不仅是知识性的。将所学的知识变成了实际的工作。降温材料的主题对与我来说，从一个高端大气，炙手可热的话题，真正落到了实处，让我对该专业的发展也有了一个更为务实的态度和努力的方向。

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