隨著全球氣溫的升高，對永續冷卻解決方案的需求也在增加。加州大學洛杉磯分校的研究小組及其合作者開發了一種具有成本效益且可擴展的方法，可在夏季為建築物降溫，在冬季為建築物供暖。

加州大學洛杉磯分校羅伊斯大廳的熱紅外線圖像顯示了輻射熱。外牆從地面（紅色）吸收熱量（白色至淡紅色），而地面/建築的部分熱量則輻射到寒冷的天空（藍色）。來源：拉曼實驗室/加州大學洛杉磯分校

在加州大學洛杉磯分校塞繆爾工程學院材料科學與工程副教授阿斯瓦特-拉曼（Aaswath Raman）的領導下，該研究團隊最近在《細胞報告物理科學》（Cell ReportsPhysical Science）雜誌上發表了一項研究，詳細介紹了一種操縱輻射熱在普通建築材料中移動以優化熱管理的新方法。

輻射熱是指透過電磁波傳播的熱量，當熱表面溫暖我們的身體和房屋時，輻射熱就會在建築物及其環境（如街道和鄰近建築）之間的地面上穿過整個寬頻頻譜。另一方面，熱量在建築物和天空之間移動的是紅外光譜中狹窄得多的部分，即大氣傳輸視窗。長期以來，輻射熱在建築物與天空之間的傳播方式與在地面上的傳播方式之間的差異，一直是冷卻朝向天空表面較少的建築物的難題。這些建築物在夏季很難降溫，因為當室外溫度較高時，它們會保留來自地面和鄰近牆壁的熱量。在冬季，由於室外溫度降低，建築物會散失熱量，因此同樣難以加熱。

“如果我們看看希臘聖托里尼或印度焦特布爾等歷史名城，就會發現通過讓屋頂和牆壁反射陽光來冷卻建築物的做法已經沿用了幾個世紀，”加州大學洛杉磯分校薩繆利分校拉曼實驗室負責人拉曼說。 “近年來，人們對反射陽光的涼爽屋頂塗料產生了濃厚的興趣。但牆壁和窗戶的降溫則是一個更加微妙和複雜的挑戰。”

然而，透過在屋頂上使用超白塗料反射陽光並向天空輻射熱量來為建築物降溫的做法已被證明是成功的，因此，研究人員開始著手在牆壁和窗戶上塗抹能夠更好地管理建築物與地面環境之間熱量流動的材料，從而產生類似的被動輻射降溫效果。研究人員證明，能夠在大氣窗口內優先吸收和釋放輻射熱的材料，在夏天比傳統建築材料更涼爽，在冬天比傳統建築材料更溫暖。

拉曼說：「當我們發現從家用塑膠中提取的聚丙烯等材料可以在大氣窗口中非常有效地選擇性輻射或吸收熱量時，我們感到特別興奮。這些材料近乎平凡，但使它們變得普通的可擴展性也意味著，我們可以在不久的將來看到它們對建築物進行溫度調節”。

除了利用容易取得的成本節約型材料外，該團隊的方法還能減少對空調和暖氣的依賴，從而節省能源，因為空調和暖氣不僅運行成本高，而且還會造成二氧化碳排放。

“我們提出的機製完全是被動的，這使得它成為一種可持續的方式，隨著季節的變化對建築物進行冷卻和加熱，並產生尚未開發的節能效果，”該研究的第一作者、拉曼實驗室的前博士後學者Jyotirmoy Mandal 說。 Mandal現在是普林斯頓大學土木與環境工程助理教授。

據研究人員稱，新方法很容易推廣，對低收入社區的影響尤其明顯，這些社區的冷氣和供暖系統有限或根本無法使用，而全球極端天氣事件造成的傷亡人數不斷增加。

拉曼和他的團隊正在探索如何在更大的建築規模上展示這種效果及其實際的節能效果，特別是在南加州易受高溫影響的社區。

編譯自/ ScitechDaily