随着全球气温的升高，对可持续冷却解决方案的需求也在增加。加州大学洛杉矶分校的一个研究小组及其合作者开发出了一种具有成本效益且可扩展的方法，可在夏季为建筑物降温，在冬季为建筑物供暖。
加州大学洛杉矶分校罗伊斯大厅的热红外图像显示了辐射热。外墙从地面（红色）吸收热量（白色至淡红色），而地面/建筑的部分热量则辐射到寒冷的天空（蓝色）。资料来源：拉曼实验室/加州大学洛杉矶分校
在加州大学洛杉矶分校塞缪利工程学院材料科学与工程副教授阿斯瓦特-拉曼（Aaswath Raman）的领导下，该研究团队最近在《细胞报告物理科学》（Cell ReportsPhysical Science）杂志上发表了一项研究，详细介绍了一种操纵辐射热在普通建筑材料中移动以优化热管理的新方法。
辐射热是指通过电磁波传播的热量，当热表面温暖我们的身体和房屋时，辐射热就会在建筑物及其环境（如街道和邻近建筑）之间的地面上穿过整个宽带频谱。另一方面，热量在建筑物和天空之间移动的是红外光谱中狭窄得多的部分，即大气传输窗口。长期以来，辐射热在建筑物与天空之间的传播方式与在地面上的传播方式之间的差异，一直是冷却朝向天空表面较少的建筑物的难题。这些建筑物在夏季很难降温，因为当室外温度较高时，它们会保留来自地面和邻近墙壁的热量。在冬季，由于室外温度降低，建筑物会散失热量，因此同样难以取暖。
"如果我们看看希腊圣托里尼或印度焦特布尔等历史名城，就会发现通过让屋顶和墙壁反射阳光来冷却建筑物的做法已经沿用了几个世纪，"加州大学洛杉矶分校萨缪利分校拉曼实验室负责人拉曼说。"近年来，人们对反射阳光的凉爽屋顶涂料产生了浓厚的兴趣。但墙壁和窗户的降温则是一个更加微妙和复杂的挑战。"
然而，通过在屋顶上使用超白涂料反射阳光并向天空辐射热量来为建筑物降温的做法已被证明是成功的，因此，研究人员开始着手在墙壁和窗户上涂抹能够更好地管理建筑物与地面环境之间热量流动的材料，从而产生类似的被动辐射降温效果。研究人员证明，能够在大气窗口内优先吸收和释放辐射热的材料，在夏天比传统建筑材料更凉爽，在冬天比传统建筑材料更温暖。
拉曼说："当我们发现从家用塑料中提取的聚丙烯等材料可以在大气窗口中非常有效地选择性辐射或吸收热量时，我们感到特别兴奋。这些材料近乎平凡，但使它们变得普通的可扩展性也意味着，我们可以在不久的将来看到它们对建筑物进行温度调节"。
除了利用容易获得的成本节约型材料外，该团队的方法还能减少对空调和暖气的依赖，从而节约能源，因为空调和暖气不仅运行成本高，而且还会造成二氧化碳排放。
"我们提出的机制完全是被动的，这使得它成为一种可持续的方式，随着季节的变化对建筑物进行冷却和加热，并产生尚未开发的节能效果，"该研究的第一作者、拉曼实验室的前博士后学者 Jyotirmoy Mandal 说。Mandal现在是普林斯顿大学土木与环境工程助理教授。
据研究人员称，新方法很容易推广，对低收入社区的影响尤为明显，这些社区的制冷和供暖系统有限或根本无法使用，而全球极端天气事件造成的伤亡人数不断增加。
拉曼和他的团队正在探索如何在更大的建筑规模上展示这种效果及其实际的节能效果，特别是在南加州易受高温影响的社区。
编译自/ScitechDaily