新型油漆“出汗”以保持建筑凉爽

这种掺入水泥的材料有助于减少气温升高时的电力消耗。
Air conditioner in house window on Summer day.
这种油漆依靠水分蒸发实现被动降温。图片来源:Deposit Photos / Kevin Brine

用一种会“出汗”的水泥基油漆涂刷的建筑物,可以在一年中最热的日子里帮助社区保持凉爽。这种物质被称为 CCP-30,其创造者表示,初步测试表明,它的降温能力是市售油漆的约 10 倍。相关研究结果已发表在《科学》杂志上。

气温升高时保持凉爽是建筑物的最大成本之一。全球约有 20% 的电力用于风扇和空调系统——这一能源需求预计到 2050 年将比 2016 年水平增长 45%。与此同时,由于城市热岛效应,人口稠密的城市经常不得不面对更高的温度。如果专家希望缓解这些经常危及生命的情况,解决方案就需要兼具创意和环保性。

许多想法依赖于设计更环保的空调设备和建筑项目。然而,一个国际工程师团队着手开发一种可以应用于新建和现有建筑的产品:一种新型油漆,可以指数级提高建筑物抵御升温的能力。

类似的油漆已经存在,但它们大多依赖于利用被动冷却过程,即物体通过红外辐射散热。这些油漆通常仅限于主要干燥、阳光充足的气候。当外界湿度过高或有云层覆盖时,这些涂层就无法发挥作用。此外,被动冷却通常是方向性的,这意味着它在垂直表面上效果较差,或者在没有直接朝向天空倾斜的表面上效果较差。

为了应对这些挑战,以中国南洋理工大学研究人员为首的一个团队从两个主要灵感来源——水泥和汗水——中汲取了灵感。建筑材料可以吸收大量的液体,而出汗是身体利用蒸发被动降温效应的主要方式。

工程师们首先使用了一种主要由硅酸钙水合物组成的白色凝胶,然后对其进行了纳米级改性,使其更具多孔性。之后,他们将这种油漆涂刷在一个小型模型房屋上,并将其降温能力与另外两栋房屋进行了比较:一栋涂有标准外墙漆,另一栋涂有市售的依赖辐射冷却的油漆。设置好后,这些建筑物暴露在新加坡的自然环境中长达两年。

CCP-30 结合了反射、辐射和蒸发能力:经过数月测试,这种新油漆反射了高达 92% 的阳光,并将 95% 的热量以红外辐射的形式散发出去。其多孔性还使其能够吸收约自身重量 30% 的雨水,随着水分蒸发,雨水缓慢地提供了额外的被动降温效果。重要的是,即使油漆吸满了水,其与光线的相互作用也不会减弱。

初步规模测试表明,节电率可达 30-40%,研究人员计算得出,与标准油漆相比,其整个生命周期的碳排放量可降低 28%。虽然这种发明可能在不同地区都有用,但它可能在炎热潮湿的地区尤其有用。

 

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