加州大學(xué)洛杉磯分校工程師開發(fā)創(chuàng)新型新型建筑冷卻技術(shù)

一種低成本的方法是利用吸收或輻射熱量的常見建筑材料來調(diào)節(jié)溫度。

隨著全球氣溫升高，對可持續(xù)制冷解決方案的需求也在增加。加州大學(xué)洛杉磯分校的一組研究人員及其合作者開發(fā)了一種經(jīng)濟高效且可擴展的方法，可以在夏季為建筑物降溫，在冬季為建筑物供暖。

該研究小組由加州大學(xué)洛杉磯分校薩繆爾利工程學(xué)院材料科學(xué)與工程副教授 Aaswath Raman 領(lǐng)導(dǎo)，最近在《細胞報告物理科學(xué)》上發(fā)表了一項研究，詳細介紹了一種通過操縱輻射熱通過常見建筑材料的運動以優(yōu)化熱管理的新方法。

輻射熱是由電磁波傳播的，當熱表面使我們的身體和房屋變暖時，我們就能感覺到它，它在地面的整個寬帶頻譜中傳播，傳播范圍從建筑物到其周圍環(huán)境，例如街道和鄰近建筑。另一方面，熱量在紅外光譜的較窄部分(稱為大氣傳輸窗口)內(nèi)在建筑物和天空之間移動。建筑物和天空之間以及地面之間輻射熱傳播方式的差異長期以來一直對面向天空的表面較少的建筑物的制冷構(gòu)成挑戰(zhàn)。這些建筑物在夏季很難降溫，因為當室外溫度較高時，它們會保留來自地面和鄰近墻壁的熱量。在冬季，它們也同樣難以取暖，因為室外溫度下降，建筑物會失去熱量。

歷史背景與現(xiàn)代創(chuàng)新

“如果我們看看希臘的圣托里尼島或印度的焦特布爾等歷史名城，就會發(fā)現(xiàn)通過讓屋頂和墻壁反射陽光來給建筑物降溫的做法已經(jīng)實行了幾個世紀，”加州大學(xué)洛杉磯分校薩繆爾分校拉曼實驗室負責(zé)人拉曼說。“近年來，人們對反射陽光的涼爽屋頂涂層產(chǎn)生了濃厚的興趣。但冷卻墻壁和窗戶是一個更微妙、更復(fù)雜的挑戰(zhàn)。”

然而，由于在屋頂上使用超白涂料反射陽光并將熱量輻射到天空中可以成功為建筑物降溫，研究人員開始通過在墻壁和窗戶上涂上可以更好地管理建筑物與地面周圍環(huán)境之間熱量移動的材料來創(chuàng)造類似的被動輻射冷卻效果。研究人員證明，能夠在大氣窗口內(nèi)優(yōu)先吸收和發(fā)射輻射熱的材料在夏季可以比傳統(tǒng)建筑材料更涼爽，在冬季可以比傳統(tǒng)建筑材料更溫暖。

“當我們發(fā)現(xiàn)像聚丙烯這樣的材料(我們從家用塑料中獲取)可以非常有效地選擇性地輻射或吸收大氣窗口內(nèi)的熱量時，我們特別興奮，”拉曼說。“這些材料近乎平凡，但同樣的可擴展性使它們變得常見，也意味著我們可以在不久的將來看到它們用于建筑物的溫度調(diào)節(jié)。”

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