加州大學伯克利分校吳軍橋Science：全季家用熱調節溫度適應性輻射涂層

木文韜 2年前 (2021-12-17) 6488瀏覽

【引言】

在美國等國家，~39%的總能源消耗是在建筑物上。對于住宅能源部分，~51%用于取暖和制冷，以保持理想的室內溫度（~22°C）。與大多數需要外部電源輸入的溫度調節系統相比，中紅外（IR）大氣透明窗口（"天窗"）允許地表和3K的外層空間之間進行熱輻射交換，從而為建筑物的熱輻射冷卻打開了被動通道。這種冷卻室外表面（如屋頂）的方法在過去已被廣泛研究。現在，利用薄膜、有機涂料或結構材料等具有低太陽吸收率和高熱發射率的材料來進行日間輻射冷卻。過去對白天輻射冷卻的研究，雖然成功地降低了冷卻能耗，但通常使用的材料具有固定的冷卻優化性能，即使地表溫度低于預期，如在夜間或冬季，也能有效地發出熱輻射。這種不必要的熱輻射冷卻將增加供暖的能源消耗，并可能抵消在炎熱的時間或季節所節省的冷卻能源。這一問題得到了研究界的廣泛認可，緩解過冷已成為一項及時的需求。為了減少過冷帶來的加熱損失，最近嘗試了一些技術來關閉低溫（低于22℃）下的熱輻射冷卻。盡管這些技術在切換方面很有效，但通常需要額外的能量輸入或外部激活，在某些情況下，切換是通過機械移動部件實現的。因此，開發能在低溫下自動停止輻射冷卻的動態結構是非常可取的。然而，現有的自切換輻射冷卻的努力要么是純理論，要么僅限于材料表征，與實際的家庭熱調節無關。最近，開發了一種智能亞環境涂層，重點是通過熒光減少太陽吸收，而不是通過溫度調節熱輻射。

【成果簡介】

今日，在加州大學伯克利分校吳軍橋教授團隊等人帶領下，通過開發一種從四季的角度來進行熱調節的機械柔性涂層，使其熱發射率適應不同的環境溫度。制備的溫度適應性輻射涂層（TARC）在光子放大的金屬-絕緣體轉變的驅動下，以最佳方式吸收了太陽能，并自動將熱發射率從環境溫度低于15℃時的0.20切換到溫度高于30℃時的0.90。模擬結果顯示，在大多數氣候條件下，特別是在季節性變化較大的氣候條件下，該系統的節能效果優于現有的屋頂涂料。相關成果以題為“Temperature-adaptive radiative coating for all-season household thermal regulation”發表在了Science。