减碳科技理大研发製冷涂层取代耗电空调

  • 时间:2020-12-08 07:10
  • 作者:58彩票
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  绿色建筑、旧区活化、零碳生活……这些热词近年对香港人而言并不陌生。香港建筑密度高,空间狭窄,无论春夏秋冬,大型建筑物都需开冷气製冷,维持室内人体舒适度,但这同时也带来热岛效应、全球气候变暖等一系列问题。如果有一种材料,只需在建筑物表面涂上薄薄的一层,便宛如给建筑物安装一部天然空调,岂不是向零碳城市迈进一步?

  香港理工大学土木及环境工程学系副系主任戴建国教授及香港城市大学材料科学和工程学系副教授雷党愿领导的香港学者团队,携手内地中建集团博士张卫东,研发出一种适合建筑物表面大规模使用的“太阳光直射製冷涂层”。团队指出,这种涂层不仅能实现建筑物表面製冷,还能在零耗电情况下,令室内温度维持在人体舒适的26℃左右。\大公报记者 黎慧怡(文、图)

  常识告诉我们,太阳直晒时,物体表面会发热。而戴建国团队的研究,正颠覆了这固有观念。他们的研发之路,要从史丹福大学电子工程学系华裔教授范汕洄的研究说起。2014年,范汕洄团队首创白天低於环境温度的辐射製冷技术(Sub-ambient Daytime Radiative Cooling,SDRC),使用银衬底的多层纳米光子晶体,在零电耗下实现低於环境温度的效果。随后科罗拉多大学、哥伦比亚大学等众多研究团队,纷纷研发出具有SDRC技术的材料。然而,这些材料因成本、环保及施工性能等问题,未能大规模应用在建筑物上。

  “很多尖端技术在土木建筑工程上不是不能用,是用不起。”针对建筑应用上的成本限制、量大面广等现实需求,戴建国团队提出一种新的材料设计理念,通过多重散射、宽谱辐射与荧光转换,降低建筑物表面对太阳光的吸收。

  他们的设计与范汕洄的理念有何不同?戴建国解释说,团队借助商业化的纳米粒子实现漫反射,代替以银为底的镜面反射,一方面能降低成本,另一方面有助避免镜面极高反射率带来的光污染问题。

  其次,团队设计出宽谱辐射的方式,让大气也作为温度调节器,加入到热量交换中。戴建国说:“原创技术选择性地使材料在大气红外窗口,即8-13微米波段,与外太空实行热辐射传递,但到了夜晚製冷效果比白天更强,使得白天和黑夜间建筑物表面温度差变得更大;而我们在涂层中加入宽粒径分布的微米粒子,在3-50微米这个更宽的波长範围也具较高的辐射率,缩小建筑物表面昼夜温差,延长它们的寿命。”

  此外,团队使用一款荧光材料,把到达建筑物表面的一部分太阳能,转换成可见光发射到大气中,从而带走一部分能量。

  为了验证涂层效果,合作团队夏天在北京设置了两间混凝土模型建筑,进行现场测试。测试结果表明,涂上涂层的房子,与周围环境温度相比,建筑物表面温度白天最大可降低9℃,夜晚则可降低3℃,没有涂层的室内温度在30至40℃之间变化,而有涂层的室内平均温度在24℃至28℃之间波动。目前,团队还在珠海进行模型房试验,研究不同气候条件下的涂层降温效果及适用性。

  至於外观问题,戴建国坦言,目前正进一步开发彩色及透明的涂层,实现任何材质建筑表面都能使用,并朝着与建筑物“同寿命”的目标进行。“目前这个製冷涂层已具备自动清洁功能,像雨伞表面一样疏水,加上荷叶效应,下雨时雨水能把涂层表面的髒物带走,十分有利於建筑物的维护以及提高它们的耐久性”。

  戴建国说,香港建筑耗能佔社会总能耗的40%以上,其中很大部分来自空调製冷所消耗的电能。他坚信,未来的建筑终能实现零空调製冷,仍能保持室内人体舒适度。“空调降低1℃需要消耗大量电力,香港这麼多建筑物,哪怕建筑物表面降低1℃,对於室内维持恒温,也能省很多电能”。

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