被动辐射制冷技术能否成为主流绿色制冷方案?

jiasou 2 2025-05-15 11:21:03 编辑

 

近日,被动辐射制冷技术引发广泛关注。这是一种无需外部电能输入、通过材料的光谱调控实现降温的技术,其核心原理是利用大气红外窗口(8 - 13μm)向宇宙空间辐射热量,同时反射太阳光(0.3 - 2.5μm)以减少热量吸收。

在应用场景方面,被动辐射制冷技术有着广泛的用途。在建筑节能领域,应用于建筑外墙与屋顶可降温6 - 8℃,减少空调能耗40%,像香港深水埗的公益涂覆项目就实现了显著节能;用于路面与陶瓷能降低城市热岛效应。在工业与能源领域,可为光伏组件降温,提升光伏效率,减少温度导致的效率衰减,还能用于数据中心冷却,替代传统空调,降低服务器能耗。在可穿戴与纺织品领域,仿生织物如纳米多孔纤维能实现人体降温并兼具透气性。

从材料设计与技术进展来看,有多种典型材料体系。超材料与光子结构,如多层无机光子薄膜(2014年首次实现日间制冷)、纳米多孔聚合物涂层;仿生材料,受非洲银蚁毛发结构启发开发的三角形微结构涂层;相变材料,如VO₂基器件。还有动态与自适应技术,像热致变色涂层可实现冬夏模式切换,柔性结构材料可通过翻转膜方向切换制冷与加热状态。

该技术的原理基于热辐射与大气窗口效应,所有高于绝对零度的物体都会通过电磁波辐射热量,被动辐射制冷材料通过大气窗口波段(8 - 13μm)将热量高效辐射至接近绝对零度的宇宙空间,其他波段的红外辐射会被大气层反射或吸收。同时,材料需同时满足高太阳反射率(>90%)和高红外发射率(>90%)这两个光谱调控双目标。

然而,被动辐射制冷技术也面临着一些挑战。技术瓶颈包括动态调控能力不足,现有材料多依赖静态光谱特性,寒冷季节可能过度制冷;规模化生产与成本方面,超材料制备复杂,聚合物涂层的耐久性需提升。不过,其创新方向也十分明确,包括多功能集成,结合太阳能加热与辐射制冷的动态切换;开发环保与可降解的材料,减少环境影响;突破传统白色涂层的限制,开发彩色或透明材料以扩展应用场景。

总体而言,被动辐射制冷技术通过零能耗降温模式,为应对全球变暖和能源危机提供了革命性解决方案。当前研究已从基础材料扩展至动态调控和规模化应用,未来需进一步优化材料性能、降低成本,并推动跨领域融合。随着香港创冷科技等企业的商业化探索,该技术有望在10年内成为主流的绿色制冷方案。

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