【加拿大都市網】美國的伯克利實驗室(Berkeley Lab)的工程師們開發了一種屋頂塗層,可以根據天氣情況保持建築的溫度。當室外變暖時,這種材料會反射陽光和熱量,但這種輻射冷卻系統在冬天會自動關閉,從而減少供暖和製冷的能源消耗。
輻射冷卻系統(radiative cooling system)的工作原理是將熱輻射(即熱量)從建築物中抽出,然後將其釋放到天空。由於大氣對這些波長是「透明」的,所以熱量會直接逃逸到空中。
其他降溫方法多使用反光表面,如超白油漆,反射陽光和熱量,使建築保持涼爽。這些系統可能在夏天很好地保持你的房子涼爽,但它們在冬天也使房子也加速降溫。因此,在這項新研究中,該團隊開發了一種塗層,當水銀下降時,可以自動切換到鎖緊熱量。他們稱這種材料為「溫度適應輻射塗層」(TARC)。
這項技術的關鍵是一種叫做二氧化釩(VO2)的化合物。2017年,該團隊發現了VO2的一個不尋常的特性——當它達到67°C(153°F)時,這種材料將導電,但不會導熱,這顯然違反了物理學原理。
現在,該團隊已經將這種特別狀況付諸實踐。當天氣變暖時,這種材料吸收並釋放熱紅外線,從而使其遠離建築。但當天氣涼爽時,這種材料對熱量是「透明」的,可以讓熱量從太陽直接穿過建築物。
研究團隊使用2平方厘米的TARC薄膜片對該設備進行了測試,並將其與商用深色和白色屋頂材料的樣品進行了比較,使用無線設備測量陽光直射和溫度的變化。
果然,TARC效果出奇地好。根據測量,無論天氣如何,TARC反射了大約75%的陽光,但當環境溫度高於30°C(86°F)時,它將高達90%的熱量散發到天空。當天氣冷卻到15°C(59°F)以下時,TARC只釋放20%的熱量。
利用收集到的數據,團隊模擬了TARC如何在美國大陸的15個不同氣候區全年工作,並估計使用TARC平均美國家庭可以節省高達10%的電費。
研究人員說,TARC還可以用作汽車、電子產品、衛星的溫度調節材料,甚至可以用作帳篷或衣服的面料。有趣的是,一個獨立的團隊剛剛宣布了一種類似的玻璃和窗戶塗層,使用二氧化釩納米粒子作為其活性成分之一。
接下來,該團隊計劃使用更大的TARC原型進行實驗,以測試它作為屋頂塗層的。這項研究發表在《科學》期刊上。
圖片: Berkeley Lab
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