关于通过反温室效应达到降低夏天室内温度降低城市或新型空间站能源消耗及空间站的简单分析

翟子鑫

摘 要：温室效应对城市能源的消耗和地球生态环境产生了很大影响。反温室效应会抵消部分温室效应的影响，从研究黑体与非理想黑体辐射本领和材料对不同频率的光的反射率不同的分析，建立热力学方程。圆筒结构的空间站的运行及其对人类适宜性分析，由一系列物理研究方法找到解决近期和未来能源环境问题的方法模型。

关键词：反温室效应；反射率；黑体；辐射本领；热力学；空间站

目前地球环境急剧恶化，社会各阶层都在倡导绿色出行防止全球变暖。全球环境问题主要有全球气候变暖，臭氧层的消耗与破坏，生物多样性减少，酸雨蔓延，土地锐减，森林荒漠化等问题。目前除了节能减排，太阳能聚热发电等并不那么实用高效的办法，没有其他更好的办法。此课题意在短期内通过新型材料对辐射的吸收与反射来抵消部分温室效应并在未来实现空间站构型创建第二家园。

温室效应，又称“花房效应”，是大气保温效应的俗称。温室效应的定义是：温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，就是太阳发出的短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而產生大气变暖的效应。大气中的二氧化碳就像一层厚厚的玻璃，使地球变成了一个大暖房。如果没有大气，地表平均温度就会下降到-23℃，而实际地表平均温度为15℃，这就是说温室效应使地表温度提高38℃。大气中的二氧化碳浓度增加，阻止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升高，这就是有名的“温室效应”。

我们先考虑一种类似模型，半径为R1的球体内有供能装置，使之成为高温热源。在球体之外包着导热的匀质球壳层A，它的内半径为R1，外半径为R2，导热系数处处相同，为常量k。球壳层外是另一均匀热介质。当达到稳定的热传导时，内球温度恒为T1，球壳层A外的温度恒为T2，且T2﹤T1 则由热传导公式为dQ = -k（dTdz）dSdt ，其中z是内球或球壳层中任意处的半径，即为

其中t为时间；S为垂直于径向的横截面积。因此单位时间通过A中任一半径为r的球面S1的热量为

又达到稳定时，dQ/dT与r无关，将上式做数学变换可导出其单位时间内应提供的热量与（T1-T2）正相关。

研究人员历时五年之久，通过对长期平均状态的分析，得出了支撑地球适合人类生活的关键要素。研究第一作者、澳大利亚国立大学和斯德哥尔摩修复中心教授威尔·斯蒂芬（Will Steffen）说：“自1950年以来，经济进入高速发展期，资源大量利用，污染急剧增加，速度不断上升，且没有放缓迹象。人类的活动还破坏了土地以及新鲜水源的供给，土质逐渐退化，成千上万的野生动物和顶端食肉动物走向灭亡，海洋生态系统平衡因过度捕捞而破坏。”

无论如何，虽然科技带来了这么多环境问题，但如果往乐观方面去想，以现在科技发展的速度，我们完全有能力不久的将来在地球之外的宇宙空间上建造一个巨大的绿色生态社和人类居住的空间站。而反温室效应也同样可用与此，我们可以这样构想空间站，使其内部可以保留空气。

我们可以在地球之外建立一个巨大的圆筒形的空间站，半径为r，绕轴线旋转的角速度为ω，这样其离心力便可以模拟重力，也可以有空气存于空间站中。不过既然要适宜人类生活，平衡人体内压强，所以要求大气压的不同，这样需要通过改变角速度来实现，若要求在轴线处大气压为p0，在边缘处大气压为p1，并使空间站中温度恒定为T。

而空间站的能源又是一大问题，怎样可以既长久高效的驱动太空站运转又能保护空间站延长寿命？太阳能无疑是一个很好的能源，所以可以造一个太阳能收集面板来收集能量驱动空间站体运转，一方面要在空间站的其他表面涂抹新型材料反温室效应并且防止太阳风等太阳活动对船体的破坏，这样才能极大效率的运用如此高昂的空间站。

综上所述，理论上确实可以通过新材料对不同频率光的反射率不同实现反温室效应使城市能源消耗降低，并可通过控制物理结构实现空间站的运行。

参考文献：

[1]舒幼生.物理学难题集萃.中国科学技术大学出版社.

[2]百度文献.

[3]李椿.《热学》第二版，高等教育出版社.