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如何避免使用能量密集過程，以淡水生產作為副產品實現(xiàn)可持續(xù)冷卻？論文提出需要拓展現(xiàn)有制冷和冷卻技術的邊界，將其與吸附式空氣取水、熱泵、輻射制冷等先進技術有機結合，對水分-能量熱力過程進行調控，解決炎熱、干旱的地區(qū)高效空調制冷以及淡水協(xié)同收集的難題，為實現(xiàn)全球綠色低碳轉型和可持續(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光的氣候特點，論文提出利用太陽光熱-儲熱熱能以及天空輻射制冷冷能分別協(xié)調增強吸附劑（干燥劑）解吸和吸附過程，進而為利用吸附-解吸過程中同時存在水分和能量的儲存和傳輸效應、協(xié)調處理空氣溫濕度提供可能。

論文基于之前研究經驗分析得出，吸附劑在吸附過程中，會自發(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。該過程產生的吸附熱可以通過輻射制冷組件冷卻，也可以通過耦合熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器實現(xiàn)冷卻，增強吸附劑吸附能力。如耦合熱泵系統(tǒng)，其干燥劑涂層蒸發(fā)器本身具有調控室內空氣溫濕度的能力，經吸附劑除濕后的空氣可以進一步降溫，最終產生低溫和適當濕度的舒適空氣。而吸附劑的解吸過程中，所需要的解吸熱可以由太陽能光熱-儲熱系統(tǒng)提供，實現(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發(fā)生，實現(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，進一步提高系統(tǒng)的能量效率。

論文提出，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)高效熱泵空調制冷，也可以實現(xiàn)干旱地區(qū)空氣取水。通過吸附劑及熱泵的空氣除濕和再生過程實現(xiàn)吸附空氣取水，以及通過輻射制冷模塊降低物體表面（如建筑墻體、屋頂）溫度，實現(xiàn)夜間相對濕度較高的空氣結露取水，進而實現(xiàn)炎熱干旱地區(qū)協(xié)同可持續(xù)空調制冷與空氣取水。論文提出的耦合空調制冷與空氣取水技術路線，為解決干旱地區(qū)的溫濕度調控和淡水供給難題提供了一種前所未有的創(chuàng)新方案。通過該技術路線，可以將空氣中的水分利用起來，實現(xiàn)對空調制冷和供水各環(huán)節(jié)能耗與碳足跡的降低，推動全球可持續(xù)、低碳的發(fā)展途徑。該技術路線具有廣闊的應用前景和社會價值，可應用于建筑節(jié)能、工業(yè)生產和農業(yè)生產等各領域，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、熱泵與熱調控研究，構建了太陽能熱能及低品位熱能高效利用技術體系，引領和推動了我國空氣源熱泵熱水器、小溫差供熱系統(tǒng)、熱泵蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、除濕換熱熱泵空調等產業(yè)的形成與發(fā)展，近30項國家及國際發(fā)明專利獲得轉化與應用；主持的成果獲國家自然科學二等獎和國家技術發(fā)明二等獎，何梁何利基金科學與技術創(chuàng)新獎；作為首位中國學者榮獲國際能源署熱泵大獎、國際制冷學會最高學術獎Gustav Lorentzen獎章等5項重要國際學術獎項。他領銜的能源-空氣-水創(chuàng)新團隊（ITEWA）長期致力于解決能源、水、空氣交叉領域的前沿基礎性科學問題和關鍵技術，旨在通過學科交叉實現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動相關領域取得突破性進展。團隊近年來在Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Materials、Chemical Society Reviews、Nature Water、Nature Communications等高水平期刊發(fā)表40余篇學科交叉論文。

閱讀原文：https://www.science.org/doi/10.1126/science.add1795