被动辐射冷却真的能既降低成本又减少环境危害吗?
是的,多种被动辐射冷却材料被设计为兼具低成本与低环境影响。一种水性涂料配方[1]采用玻璃微珠和聚合物粉末,避免了释放挥发性有机化合物(VOCs)的有机溶剂。这使得它比溶剂型替代品更安全、更便宜且更易规模化生产,同时仍能实现90%的太阳反射率和95%的热发射率。类似地,一种具有层级结构的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)薄膜[6]由常见且廉价的塑料制成,可在正午时段使表面降温6-9°C,平均冷却功率约为85 W/m²,为全天候冷却提供了一条低成本路径。
规模化制造是降低成本的关键。一种通过标准工业纺织工艺生产的编织超材料织物[5],实现了94.5%的发射率和92.4%的太阳反射率,在测试中相比棉布可使人体降温约4.8°C。作者明确强调了其在商业服装领域的成本效益与高性能。另一种多孔陶瓷材料[3]在正午时分具有99.6%的太阳反射率和超过130 W/m²的冷却功率,同时因其耐候性和机械强度,可长期降低维护成本。
在真实城市中的效果是否与实验室中一样好?
不完全如此——实际环境条件会显著降低性能。中国西安的一项城市规模研究[2]发现,在考虑建筑物相互遮挡的情况下,理想宽带表面的冷却能力下降14.7%,而理想选择性表面则下降47.1%。这意味着,尽管实验室测试结果令人瞩目,但实际的节能效果和碳减排量(屋顶每平方米每小时0.52克二氧化碳,墙体每平方米每小时0.16克二氧化碳)则相对有限。该研究强调,建筑部署因素常被忽略,从而导致对冷却效益的高估。
气候也很重要。水性涂料[1]的研究表明,其日间降温能力根据环境温度参考值的变化,可从接近零到100瓦/平方米不等,这凸显了性能随当地条件而变化的特性。PMMA薄膜[6]即使在炎热潮湿的气候条件下(太阳辐射强度930瓦/平方米,相对湿度64%),仍能实现约5.5°C的降温效果,说明其性能较为稳定,但并非普遍适用。因此,尽管这项技术可以在不增加成本的前提下减少环境影响,但其有效性取决于合理的选址和切合实际的预期。
这些材料能否持久耐用,值得投资?
多种设计在耐久性方面表现突出,有助于长期控制成本。多孔陶瓷[3]被明确描述为具有耐候性、机械强度,并能抑制莱顿弗罗斯特效应(一种热传递现象),因此适用于建筑领域。透明木材生物复合材料[4]通过使用氧化锌纳米颗粒和硫醇-烯聚合反应提升了机械韧性,在直射阳光下可使硅基板温度降低6-7°C,展现出保护太阳能电池的潜力。超材料织物[5]同样具备机械强度、防水性和透气性,这些特性对于需要承受洗涤和磨损的服装至关重要。
这些耐久性特性意味着材料更少需要更换,从而长期降低成本和浪费。PMMA薄膜[6]和水性涂料[1]还设计得易于施工和可规模化应用,进一步降低了推广门槛。综合各项研究来看,对实用、长效材料的重视表明,前期投入可通过节能和减少维护来收回。
关于这些来源
该回答基于6篇经同行评审的研究——发表于2021年至2025年间,其中2篇为2024年及以后发表,5篇发表于Q1期刊,总被引次数达2213次——这些研究是从通过质量筛选的6项研究中选出的最具相关性的成果,而后者又源自从超过5亿篇论文的数据库中检索到的42篇文献。
本文引用的文献
一种水性涂料配方在实际应用条件下的辐射冷却潜力
一种具有90%太阳反射率和95%热发射率的水性涂料,不含挥发性有机化合物(VOCs),成本效益高,白天冷却功率可达100 W/m²,但其性能随环境温度参考值的变化而显著不同。
在城市尺度上实施辐射冷却的降温效益
西安市尺度的建模显示,建筑布局使辐射冷却功率降低14.7%至47.1%,屋顶和墙面分别可实现0.52 gCO₂/m²·h和0.16 gCO₂/m²·h的碳减排。
具有高太阳反射率的分层结构无源辐射冷却陶瓷
一种多孔陶瓷实现了99.6%的太阳光反射率,并在正午时分提供超过130瓦/平方米的冷却功率,同时具备耐候性和机械强度,适用于建筑施工。
透明木材用于太阳能吸收体的被动辐射冷却
含氧化锌纳米颗粒的透明木质生物复合涂层在直射阳光下可使硅基板温度降低6-7°C,提供了一种生物基、成本低廉的冷却替代方案。
用于可扩展被动日间辐射冷却的分层形态超织物
一种通过可规模化纺织工艺制成的编织超织物,其发射率为94.5%,反射率为92.4%,可使人体温度比棉织物低约4.8°C,同时具备机械强度和防水性能。
一种用于高效全天候被动辐射冷却的结构聚合物
一种具有分级多孔结构的PMMA薄膜实现了0.95的太阳反射率和0.98的热发射率,在正午时段可降温6–9°C,平均冷却功率约为85 W/m²,即使在炎热潮湿的气候条件下也表现优异。
