關(guān)于通過反溫室效應(yīng)達(dá)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(duì)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(huì)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(duì)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(yùn)行及其對(duì)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(huì)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(shí)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(duì)輻射的吸收與反射來抵消部分溫室效應(yīng)并在未來實(shí)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(gè)大暖房。如果沒有大氣，地表平均溫度就會(huì)下降到-23℃，而實(shí)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?zé)嵩础Ｔ谇蝮w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(dāng)達(dá)到穩(wěn)定的熱傳導(dǎo)時(shí)，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(shí)間；S為垂直于徑向的橫截面積。因此單位時(shí)間通過A中任一半徑為r的球面S1的熱量為

又達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，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(shí)間內(nèi)應(yīng)提供的熱量與（T1-T2）正相關(guān)。

研究人員歷時(shí)五年之久，通過對(duì)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(jì)進(jìn)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(dòng)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(dòng)物和頂端食肉動(dòng)物走向滅亡，海洋生態(tài)系統(tǒng)平衡因過度捕撈而破壞。”

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(gè)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(gè)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(qiáng)，所以要求大氣壓的不同，這樣需要通過改變角速度來實(shí)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(dòng)太空站運(yùn)轉(zhuǎn)又能保護(hù)空間站延長壽命？太陽能無疑是一個(gè)很好的能源，所以可以造一個(gè)太陽能收集面板來收集能量驅(qū)動(dòng)空間站體運(yùn)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(fēng)等太陽活動(dòng)對(duì)船體的破壞，這樣才能極大效率的運(yùn)用如此高昂的空間站。

綜上所述，理論上確實(shí)可以通過新材料對(duì)不同頻率光的反射率不同實(shí)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(shí)現(xiàn)空間站的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]舒幼生.物理學(xué)難題集萃.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社.

[2]百度文獻(xiàn).

[3]李椿.《熱學(xué)》第二版，高等教育出版社.