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建筑科技:新型全季节智能屋顶涂层让房子冬暖夏凉 更节能
日期: 2022-01-07
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  近日,科学技术部网站发布了题为“研究人员开发新型全季节智能屋顶涂层”的文章。

  劳伦斯·伯克利国家实验室的研究人员开发了一种全季节智能屋顶涂层,可在不消耗天然气或电力的情况下使房屋在冬季保持温暖,在夏季保持凉爽。这种新型涂层被称为温度自适应辐射涂层(TARC),在夏季通过反射阳光为房屋降温,还可通过辐射冷却以热红外辐射的形式散发太阳照射的热量,在冬季则会自动关闭辐射冷却来实现节能。TARC可作为一种热保护涂层,可延长智能手机和笔记本电脑的电池寿命,保护卫星和汽车免受极高或极低温度的影响,还可用于制作帐篷、温室覆盖物甚至帽子和夹克的温度调节织物。相关研究成果发表在《科学》期刊上。

  该温度自适应辐射涂层(TARC)使用掺杂了钨的二氧化钒的金属-绝缘体结构,通过在不同温度环境下调控涂层的表面辐射率实现房屋温度的调节。所以它可以用于家庭热调节。

  屋顶贴上“神奇胶带”就能实现房屋温度调节,保温隔热,这是怎么做到的呢?

  首先要知道,这种“神奇胶带”是由某种金属-绝缘体的材料制成的温度自适应辐射涂层(TARC)。它可根据环境温度调节其辐射率,进而实现全季节的热调节。通过调整材料的成分比例,将涂层的转变温度控制在22℃左右。

  当环境温度小于22℃时,涂层材料对8~13微米(热辐射波段)的光是透明的,此时热红外辐射的光可以透过涂层被涂层基底的银镜反射。

建筑科技:新型全季节智能屋顶涂层让房子冬暖夏凉 更节能

  当环境温度大于转变温度22℃时,此时涂层过度到金属状态,其辐射率从低于 15°C 的环境温度的 0.20 自动切换到高于 30°C 的温度的 0.90,将环境的热吸收并辐射至环境中,并且此过程中其辐射率完全由金属-绝缘体的状态转变驱动。

  通过这种高度灵活的环境高温度适应能力,实现房屋温度的调节,低温保暖,高温降温。

  领导这项研究的美国加州大学伯克利分校材料科学部门的教职科学家吴俊桥(音译)解释说,许多冷屋面系统的问题在于它们在冬天继续向外辐射热量,从而抬高了屋内供暖成本。TARC则可以通过在冬天自动关闭辐射热量来实现节能,克服了冬天过冷的问题。

  “TARC看起来像透明胶带,可以贴在像屋顶一样的固体表面上。”吴俊桥说。目前的研究证明了TARC薄膜中二氧化钒惊人的全天候多功能性,并在节能方面更胜一筹。根据研究人员的测量,TARC全年反射大约75%的阳光,但当环境温度较高(超过25℃)时,它的热发射率很高(约90%),促进了热量向天空的流失。在较凉爽的天气,TARC的热发射率自动切换到低水平(约20%),有助于保留太阳能吸收和室内取暖带来的热量。

  顺便说一句:在季节性变化较大的气候下,TARC 屋顶温度调节的效果更加明显优于现有的屋顶涂料。

  未来,研究人员计划在更大范围内开发TARC原型,以进一步测试其作为实用屋顶涂料的性能。

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