物理基础设施中的冷却瓶颈有多严重？
冷却瓶颈极为严峻。建筑能耗占全球总能耗的40%以上，而空调和制冷系统又占建筑能耗的40%以上[3]。数据中心因无窗且密布发热服务器，制冷需求尤为迫切——一项研究发现，根据气候条件不同，辐射冷却板（PRC）可使每平方米的年制冷负荷降低919至1618千瓦时，其中哈尔滨等寒冷地区的节能效果最为显著[1]。这相当于每平方米数据中心地板面积，需运行典型美国家庭空调1至2个月才能达到的制冷量。高铁基础设施同样面临挑战：轨道板过热会导致结构损伤，而现有冷却手段难以满足需求[2]。由此可见，冷却瓶颈真实存在、规模庞大且日益加剧。
被动辐射冷却实际能带来多少降温效果？
冷却效果显著且在不同应用场景中表现一致。在亚利桑那州凤凰城的金属屋顶上，辐射冷却薄膜使表面温度全天平均比标准屋顶低7°C，并将屋顶向环境释放的热量减少了高达80%[4]。在高速铁路轨道板上，PRC涂层使表面温度平均降低16.2°C，并将内部温度梯度削减至每米47°C——这意味着轨道板温度更低且更均匀，从而防止开裂[2]。在数据中心机房中，与传统保温材料相比，PRC-空气层围护结构使室内空气温度降低了16%–31%，即使内部热源高达1000 W/m²[1]。这些并非微小的改进，而是足以在某些条件下显著减少甚至完全消除主动冷却需求的重大突破。
被动辐射冷却如何工作，又存在哪些不足？
PRC（被动辐射冷却）的工作原理是通过反射阳光（太阳反射率），并以红外辐射的形式，经由大气层的特定波段（8–13微米）将热量排放至寒冷的太空。其冷却能力主要来自对太阳辐射的反射——一项研究发现，反射贡献了总冷却功率的77–93%，而自身辐射的作用较小[2]。这意味着PRC在晴朗天空和直射阳光下效果最佳；它甚至可以将表面冷却至低于环境空气温度，起到“辐射热泵”的作用[4]。然而，它也存在局限性。在高湿度条件下，性能会下降，因为水蒸气会吸收红外辐射并阻挡大气窗口[3]。此外，大多数PRC材料为白色或高反射性，这限制了美学选择——彩色涂层是一个活跃的研究挑战[3]。可扩展性是另一个问题：虽然已有一些涂层可商用，但该领域缺乏标准化的测试协议，导致产品难以比较[5]。尽管存在这些限制，该技术仍在快速发展，基于纳米材料的涂层如今可实现5–8°C的冷却效果，而早期版本仅能达到不到3°C[3]。
关于这些来源
该答案基于5篇经同行评审的研究构建而成——发表于2024年至2026年间，其中5篇为2024年及以后发表，4篇来自Q1期刊——这些研究是从7篇通过质量筛选的文献中选出的最具相关性的成果，而7篇文献又源自从超过5亿篇论文的数据库中检索到的32篇论文。
本文引用的文献
被动辐射冷却-空气层复合围护结构对数据中心机房建筑能耗影响的实验与数值研究
在数据中心机房中，与传统保温材料相比，PRC-空气层复合围护结构使室内空气温度降低了16%–31%，并在中国五个城市中每年减少冷却负荷919–1,618 kWh/m²。
轨道板应用中被动辐射冷却涂层的冷却机制与性能评估
在高速铁路轨道板上，PRC涂层使表面温度平均降低16.2°C，并将内部温度梯度减少47°C/m；太阳反射贡献了冷却功率的77%–93%。
纳米材料在水泥基被动辐射冷却涂层中的应用：机理、突破与产业化路径
基于纳米材料的被动辐射冷却涂层如今可实现5–8°C的降温效果（此前仅为<3°C），但仍面临湿度降解、紫外线稳定性以及性能与成本、可扩展性之间的平衡等挑战。
被动辐射冷却基础设施效能的实地评估：以亚利桑那州凤凰城为例
在亚利桑那州凤凰城的一项实地测试中，公园遮阳结构上的辐射冷却膜使表面温度比对照组低7°C，感热通量降低高达80%，并将行人的平均辐射温度降低了3°C以上。
利用辐射冷却在建筑环境中的潜力：一种用于材料表征的新型综合方案
提出了一种用于表征被动辐射冷却材料特性的标准化实验方案，采用铝基和Vikuiti基样品；其中Vikuiti原型因具有更高的太阳反射率和热发射率而表现更优。