研究人员开发出碳点驱动的绿色辐射冷却涂层，用于建筑节能

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建筑物约占香港电力消耗的 90%，碳排放量占 60% 以上。建筑物节能对于实现气候缓解目标至关重要。香港理工大学 (PolyU) 的研究人员开发了一种环保的太阳能驱动自适应辐射冷却 (SARC) 涂层，可用于建筑物屋顶和墙壁。
这种涂料可使建筑物表面温度降低高达 25°C，室内温度降低 2 至 3°C，且无需消耗任何能源。这种无毒、无金属且耐用的涂料还可以大规模生产，从而推广一种环保节能的方法，以缓解城市热岛效应并支持实现碳中和。
在建筑物上涂上反射材料可以自我调节其热环境，从而将室内温度降至最低。然而，传统的被动辐射冷却材料无法根据环境变化自动调整冷却能力，这限制了它们的应用。
为了应对这一挑战，由香港理工大学建筑环境及能源工程学系教授陆琳教授及其核心团队成员、该系博士后研究员龚泉博士领导的研究团队，发明了一种碳点 (CDs) 驱动的 SARC 涂层，可根据太阳辐照度调节冷却能力。
该成果发表在《化学工程杂志》上。
这种新型光致发光辐射冷却纳米涂层可以将太阳能转化为光能。随着太阳强度的增加，涂层的太阳反射率也会增强，从而防止建筑物吸收过多的热量。
然而，传统的光致发光冷却材料通常依赖于稀土金属和钙钛矿材料，这会带来环境风险。针对这些问题，该团队将具有突破性的、环保的聚合物基CD作为光致发光材料引入到辐射冷却涂层中。
将纳米级 CD 嵌入聚合物中，制成一种对生物无害的材料。将聚合物 CD 均匀涂覆在空心玻璃颗粒上，制成智能冷却珠，使涂层能够有效地将紫外线转化为可见光光子，并提高有效的太阳光反射率。这种水溶性 SARC 只需要水蒸发即可在建筑物表面形成涂层，而不会释放任何挥发性有机化合物，从而减少空气污染。
结果表明，与传统辐射冷却涂层相比，新型 SARC 涂层将白天有效太阳反射率从 92.5% 提高到 95%，冷却效果提高了 10% 至 20%。例如，当应用于混凝土屋顶时，它可以将温度降低高达 25°C。
在与香港特区政府部门合作的示范项目中，该团队将 SARC 涂层应用于香港某建筑工地的集装箱房屋屋顶。经过大约两年半的连续户外暴露，涂层屋顶在阳光下的温度比混凝土屋顶低 24°C。涂层经证实非常耐用，两年内太阳反射率下降不到 2%。通过减少空调负荷，每年可节省 10% 的能源。
研究团队绘制了中国内地不同气候区年平均气温下降和制冷能力的图表，发现辐射越强，新型 SARC 涂料产生的温差越大。以香港和内地十个城市（北京、杭州、广州、长沙、新疆和田、沈阳、桂林、福州、重庆和兰州）为例，采用这种新型建筑物制冷涂料，预计每个城市每年每平方米可节省 97 至 136 千瓦时电力。
陆教授表示：“随着全球变暖加剧，热浪等极端天气事件愈演愈烈，科学界越来越关注如何降低建筑物的能耗。我们新颖的 SARC 涂层具有出色的冷却性能，适用于各种气候条件，从而加速了下一代冷却材料的开发。”
“这种水溶性涂料还可以制成各种颜色，可以使用油漆滚筒轻松涂抹在建筑物屋顶、墙壁、道路和城市表面。它既能起到降温的作用，又能起到美观的作用，为可持续城市发展和缓解城市热岛效应提供了一个有希望的解决方案。”
研究团队还将光致发光涂层与双面太阳能光伏系统相结合，实现热管理和发电的协同增强，将建筑物从能源消费者转变为能源收集者。研究团队计划在正在建设中的理大九龙塘学生宿舍的屋顶安装双面光伏板，并在板下相应区域涂上新涂层，以增强发电量，同时为建筑物提供辐射冷却。
团队预期此一举两得的系统较传统无涂层屋顶可增加发电量三至五成，并减少三成碳排放。以此项目为例，在宿舍屋顶安装面积约600平方米的光伏系统，可产生97,000千瓦时电力，每年可节省逾12万港元开支。
该团队还正在研发一种以石蜡为基础的自适应辐射冷却涂层，该涂层能在冷热天气下保持适当的太阳反射率，达到冬天保暖、夏天降温的效果。