關(guān)于通過反溫室效應(yīng)達到降低夏天室內(nèi)溫度降低城市或新型空間站能源消耗及空間站的簡單分析

翟子鑫

摘 要：溫室效應(yīng)對城市能源的消耗和地球生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了很大影響。反溫室效應(yīng)會抵消部分溫室效應(yīng)的影響，從研究黑體與非理想黑體輻射本領(lǐng)和材料對不同頻率的光的反射率不同的分析，建立熱力學(xué)方程。圓筒結(jié)構(gòu)的空間站的運行及其對人類適宜性分析，由一系列物理研究方法找到解決近期和未來能源環(huán)境問題的方法模型。

關(guān)鍵詞：反溫室效應(yīng)；反射率；黑體；輻射本領(lǐng)；熱力學(xué)；空間站

目前地球環(huán)境急劇惡化，社會各階層都在倡導(dǎo)綠色出行防止全球變暖。全球環(huán)境問題主要有全球氣候變暖，臭氧層的消耗與破壞，生物多樣性減少，酸雨蔓延，土地銳減，森林荒漠化等問題。目前除了節(jié)能減排，太陽能聚熱發(fā)電等并不那么實用高效的辦法，沒有其他更好的辦法。此課題意在短期內(nèi)通過新型材料對輻射的吸收與反射來抵消部分溫室效應(yīng)并在未來實現(xiàn)空間站構(gòu)型創(chuàng)建第二家園。

溫室效應(yīng)，又稱“花房效應(yīng)”，是大氣保溫效應(yīng)的俗稱。溫室效應(yīng)的定義是：溫室效應(yīng)是指透射陽光的密閉空間由于與外界缺乏熱交換而形成的保溫效應(yīng)，就是太陽發(fā)出的短波輻射可以透過大氣射入地面，而地面增暖后放出的長波輻射卻被大氣中的二氧化碳等物質(zhì)所吸收，從而產(chǎn)生大氣變暖的效應(yīng)。大氣中的二氧化碳就像一層厚厚的玻璃，使地球變成了一個大暖房。如果沒有大氣，地表平均溫度就會下降到-23℃，而實際地表平均溫度為15℃，這就是說溫室效應(yīng)使地表溫度提高38℃。大氣中的二氧化碳濃度增加，阻止地球熱量的散失，使地球發(fā)生可感覺到的氣溫升高，這就是有名的“溫室效應(yīng)”。

我們先考慮一種類似模型，半徑為R1的球體內(nèi)有供能裝置，使之成為高溫熱源。在球體之外包著導(dǎo)熱的勻質(zhì)球殼層A，它的內(nèi)半徑為R1，外半徑為R2，導(dǎo)熱系數(shù)處處相同，為常量k。球殼層外是另一均勻熱介質(zhì)。當達到穩(wěn)定的熱傳導(dǎo)時，內(nèi)球溫度恒為T1，球殼層A外的溫度恒為T2，且T2﹤T1 則由熱傳導(dǎo)公式為dQ = -k（dTdz）dSdt ，其中z是內(nèi)球或球殼層中任意處的半徑，即為

其中t為時間；S為垂直于徑向的橫截面積。因此單位時間通過A中任一半徑為r的球面S1的熱量為

又達到穩(wěn)定時，dQ/dT與r無關(guān)，將上式做數(shù)學(xué)變換可導(dǎo)出其單位時間內(nèi)應(yīng)提供的熱量與（T1-T2）正相關(guān)。

研究人員歷時五年之久，通過對長期平均狀態(tài)的分析，得出了支撐地球適合人類生活的關(guān)鍵要素。研究第一作者、澳大利亞國立大學(xué)和斯德哥爾摩修復(fù)中心教授威爾·斯蒂芬（Will Steffen）說：“自1950年以來，經(jīng)濟進入高速發(fā)展期，資源大量利用，污染急劇增加，速度不斷上升，且沒有放緩跡象。人類的活動還破壞了土地以及新鮮水源的供給，土質(zhì)逐漸退化，成千上萬的野生動物和頂端食肉動物走向滅亡，海洋生態(tài)系統(tǒng)平衡因過度捕撈而破壞?！?/p>

無論如何，雖然科技帶來了這么多環(huán)境問題，但如果往樂觀方面去想，以現(xiàn)在科技發(fā)展的速度，我們完全有能力不久的將來在地球之外的宇宙空間上建造一個巨大的綠色生態(tài)社和人類居住的空間站。而反溫室效應(yīng)也同樣可用與此，我們可以這樣構(gòu)想空間站，使其內(nèi)部可以保留空氣。

我們可以在地球之外建立一個巨大的圓筒形的空間站，半徑為r，繞軸線旋轉(zhuǎn)的角速度為ω，這樣其離心力便可以模擬重力，也可以有空氣存于空間站中。不過既然要適宜人類生活，平衡人體內(nèi)壓強，所以要求大氣壓的不同，這樣需要通過改變角速度來實現(xiàn)，若要求在軸線處大氣壓為p0，在邊緣處大氣壓為p1，并使空間站中溫度恒定為T。

而空間站的能源又是一大問題，怎樣可以既長久高效的驅(qū)動太空站運轉(zhuǎn)又能保護空間站延長壽命？太陽能無疑是一個很好的能源，所以可以造一個太陽能收集面板來收集能量驅(qū)動空間站體運轉(zhuǎn)，一方面要在空間站的其他表面涂抹新型材料反溫室效應(yīng)并且防止太陽風等太陽活動對船體的破壞，這樣才能極大效率的運用如此高昂的空間站。

綜上所述，理論上確實可以通過新材料對不同頻率光的反射率不同實現(xiàn)反溫室效應(yīng)使城市能源消耗降低，并可通過控制物理結(jié)構(gòu)實現(xiàn)空間站的運行。

參考文獻：

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[3]李椿.《熱學(xué)》第二版，高等教育出版社.