用于可穿戴个人热管理的红外透明可见不透明织物

个人冷却技术通过局部控制个体而非大空间的温度，在提供个人热舒适的同时补充热调节环境中的冷负荷，从而带来显著的能源与成本节约。本研究开发了一种新的个人冷却方法，采用红外透明可见不透明织物（ITVOF），通过将人体发出的热辐射直接传输至环境来实现被动冷却。我们在此提出了一个对 ITVOF 进行热学与光学设计的概念框架。利用传热模型，发现该织物需要至少 0.644 的红外（IR）透射率和最高 0.2 的红外反射率，以确保在高达 26.1°C（79°F）的环境温度下仍能维持热舒适。为满足这些要求，我们设计了一种 ITVOF，采用具有本征低红外吸收率的合成聚合物纤维。随后对这些纤维进行结构化，通过弱瑞利散射最小化红外反射，同时通过强米氏散射保持可见光不透明性。对于由平行排列的聚乙烯纤维构成的织物，数值有限元模拟预测，将直径为 1 μm 的纤维集束成 30 μm 的纱线可实现 0.972 的总半球红外透射率，对中红外和远红外辐射几乎完全透明。该 ITVOF 的可见光波段特性与常规纺织品相当，确保对人眼不透明。通过以一种适合日常使用的形式提供个人冷却，基于 ITVOF 的服装为降低暖通空调（HVAC）系统能耗提供了一种简单、低成本的解决方案。