建筑物夏季空調制冷能耗約占全球總能耗的15%。2014年，斯坦福大學(xué)的研究人員利用昂貴復雜的納米光子鍍銀輻射制冷器，從實(shí)驗層面成功實(shí)現了陽(yáng)光直射下表面溫度低于環(huán)境氣溫的零能耗被動(dòng)輻射制冷，為人類(lèi)科學(xué)史上首次。
如何將這種實(shí)驗層面的技術(shù)應用于工業(yè)實(shí)踐，并簡(jiǎn)化為易于生產(chǎn)和應用的材料，使大量建筑物減少夏季巨量空調制冷用電?中國建筑集團有限公司(下稱(chēng)中國建筑)研發(fā)出的環(huán)保涂料實(shí)現了這個(gè)目標。
“近年來(lái)，中國建筑縱深推進(jìn)新一輪科技體制改革，加強科技治理體系和能力建設，研發(fā)投入年增速保持30%。”中國建筑科技與設計管理部總經(jīng)理江建端表示，在新科技體制環(huán)境下，青年科技團隊快速研發(fā)出這款世界首創(chuàng )環(huán)保涂料，并持續將這一技術(shù)迭代升級。
建立國內一流實(shí)驗室和科研團隊
位于成都的中國建筑西南設計研究院內，中國建筑西南設計研究院建筑新技術(shù)新材料創(chuàng )新孵化中心總工程師張衛東帶領(lǐng)團隊6名成員，正在實(shí)驗室監測著(zhù)環(huán)保新涂料的各項試驗數據。
為貫徹落實(shí)國家“雙碳”發(fā)展戰略，中國建筑于“十四五”期間提出“綠色建筑”的企業(yè)發(fā)展理念。
“我們引進(jìn)張衛東博士，授權其自主組建研發(fā)團隊，以綠色產(chǎn)業(yè)化為主旨，根據市場(chǎng)需求自行確定研究方向，并以前所未有的資金力度，支持其建立起國內一流的實(shí)驗室和科研團隊。”江建端說(shuō)。
2018年，在國家自然科學(xué)基金支持下，張衛東團隊在實(shí)驗室啟動(dòng)了零能耗自清潔日間被動(dòng)輻射制冷涂料的科研攻關(guān)。僅用3年時(shí)間，于2021年成功研發(fā)出“零能耗自清潔被動(dòng)輻射制冷涂層”，可反射98.6%太陽(yáng)熱，還能自清潔，為世界首創(chuàng )。“根據不同基材和氣候帶，新涂料在夏季可為建筑物節約空調制冷能耗40%—71%。”張衛東說(shuō)，與采用輻射功能的制冷鍍銀材料相比，每平方米成本下降63%。
原創(chuàng )性研制
彩色日間被動(dòng)輻射制冷涂料
“迄今為止，所有的日間輻射制冷材料均為炫目的白色，給人帶來(lái)不同程度的光污染。”張衛東說(shuō)，如果僅有單一的白色涂層，應用前景極其有限。
研發(fā)團隊大膽提出創(chuàng )新理論，升級研究出一項世界原創(chuàng )技術(shù)，即彩色日間被動(dòng)輻射制冷涂料，解開(kāi)了表面顏色與太陽(yáng)反射率之間的矛盾死結，原創(chuàng )性地研制出當今世界僅有的紅、黃、藍、橙、灰等彩色日間被動(dòng)輻射制冷涂料，研究成果論文刊登于著(zhù)名期刊《先進(jìn)材料》，解決了涂料光污染和色彩單一問(wèn)題。
在研發(fā)過(guò)程中，團隊成員也在材料的性能方面追求著(zhù)極致。
他們率先將超疏水/超疏油自清潔技術(shù)用于涂層體系，大幅提高了新材料的耐候性，耐加速老化測試大于1000小時(shí)，遠超外墻涂料優(yōu)質(zhì)品不低于600小時(shí)加速老化測試的國家標準。同時(shí)，將紅外輻射率提高到99.1%，產(chǎn)品性能再次刷新了世界紀錄。
“我們讓涂層融合了白體吸熱最少和黑體散熱最好的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論用在何處，確保了表面溫度始終低于環(huán)境氣溫。” 研發(fā)團隊博士薛曉說(shuō)。
他們還解決了建筑自清潔問(wèn)題。
建筑物面積超大，清潔是一項很大的工程?？煞褡屝峦繉硬牧喜粌H反射太陽(yáng)輻射，還能實(shí)現自動(dòng)清潔?研發(fā)團隊從“出淤泥而不染”的荷葉獲得靈感，創(chuàng )造性地在制冷涂層上面復合一層透明超疏水/超疏油自清潔面層，達到自動(dòng)抵御一切污漬的目標。
技術(shù)延伸拓寬新涂料應用范圍
成功將新涂層材料用在混凝土建筑上后，研究團隊又將目光放在遍布各地的移動(dòng)通訊基站、常溫儲糧倉庫和交通安全設施等領(lǐng)域。
從干燥的新疆喀什、寧夏銀川到潮濕的四川各地;從寒冷的西藏拉薩到炎熱的海南三亞，足跡遍及大半個(gè)中國。
通過(guò)將制冷涂料用于不同氣候帶的移動(dòng)通訊基站上，技術(shù)人員收集到第一手數據，解決了應用的“最后一公里”，有效將基站表面和內部溫度降低至環(huán)境氣溫以下，在保護設備和延長(cháng)使用壽命的同時(shí)，節約空調制冷能耗30%—73%。
當制冷涂料用于常溫儲糧時(shí)，即使在不太炎熱的五月，也可將麥子內部溫度降低7.1℃，有效降低蒸發(fā)損耗和蟲(chóng)害，防止糧食結露和霉變，延緩糧食陳化和劣變速度，起到增產(chǎn)增收的功效。
當前，中國建筑正加速該涂料在儲能變電站、數據中心、低溫糧庫、冷凍庫及各類(lèi)化工和油氣儲罐上的工程示范應用。“研發(fā)團隊正積極進(jìn)行技術(shù)延伸，力爭將其擴展應用到汽車(chē)、高鐵及安全設施等領(lǐng)域，為服務(wù)‘雙碳’目標提供技術(shù)支撐。”張衛東說(shuō)。(矯 陽(yáng))
