作为一种新兴的制冷技术，被动式日间辐射制冷技术（PDRC）利用大气窗口（ATW，8-13μm）通过辐射换热将物体表面热量传输到-270°C外太空，并通过增强太阳光谱（0.3-2.5μm）的反射率来减少热量吸收。在不消耗任何能源的情况下实现温度降低，可广泛应用于零能耗建筑、太阳能电池、户外电力设备等场景。但现有的PDRC技术缺乏自适应调控辐射特性能力，在寒冷冬季持续冷却物体导致供暖能耗显著增加，入射太阳辐射功率（~1000W/m²）与辐射制冷功率（~100W/m²）间近十倍的差异使得ATW的高效调控变得困难。因此，迫切需要开发针对太阳光的具备自适应光谱调控能力的PDRC技术来实现“冬暖夏凉”。

  近日，哈尔滨工业大学王富强教授课题组与中建中环合作，针对太阳辐射功率是辐射制冷功率近十倍这一特点，受纳米比亚变色龙跨季节自适应皮肤控温启发，将温度自适应辐射调控技术与PDRC技术有效结合。针对目前辐射制冷涂层寒冷季节增加额外采暖能耗的问题，提出了一种高温制冷、低温吸热的“冬暖夏凉”仿生变色龙跨季节自适应控温辐射制冷涂层并探索其应用潜力。设计并制备的具有颜色可变性的温度自适应辐射冷却涂层（TARCC）实现了41%的可见光调节能力，跨季节户外测试证实其可靠性：在夏季，TARCC表现出高太阳反射率(～93%)和大气透射窗发射率 (～94%)，实现低于环境温度6.5 °C。冬季，TARCC的深色强烈吸收太阳辐射，实现高于环境温度4.3 °C。TARCC在中纬度地区每年可节省高达20%的能源，并可增加55%的适宜小时数。该工作为自适应控温辐射制冷技术的实际应用提供了新的研究思路，设计制备的TARCC以其低成本、易于准备和简单的结构，有望实现可持续和舒适的室内环境。

图1. 自适应辐射制冷涂层（TARCC）的理论设计。（A）TARCC在不同季节的工作原理示意图；（B）不同粒子在不同入射光下的电场强度图；（C）非均一混合粒径设计；（D）自适应控温变色机理。

图2. TARCC的制备和表征。（A）制备过程示意图；（B）SEM图像；（C）不同温度下的光谱特性；（D）升温和降温过程的平均光谱反射率；（E）热循环稳定性；（F）不同温度下的颜色响应；（G）颜色拓展性。

图3. 自适应辐射制冷涂料户外测试。（A）标准化实验装置示意图及实物图；（B）不同环境温度和太阳辐照度下的温度对比；不同材料在炎热季节（夏季，C）、寒冷季节（冬季，D）以及过渡季节（春季/秋季，E）的温度对比。

图4. TARCC在户外建筑的应用测试。（A）三座相同的户外建筑，分别涂有辐射制冷涂层/彩钢瓦/自适应辐射制冷涂层；（B）建筑屋顶的红外热图像；不同建筑在炎热季节（夏季，C）、寒冷季节（冬季，D）和过渡季节（春季/秋季，E）的室外温度对比。

图5. 节能潜力分析。（A）不同材料屋顶表面温度的适宜小时数对比；（B）全球典型城市能耗分析；（C） 全球涂料节能潜力图。

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c02733

课题组相关进展

哈尔滨工业大学王富强《Nano Energy》：仿生人体皮肤褶皱结构的高效辐射制冷涂层

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521006327

哈尔滨工业大学王富强《Advanced Optical Materials》封面文章：具有多波段辐射调节性能的低成本、可规模化生产的仿生辐射制冷玻璃

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adom.202202031

哈尔滨工业大学王富强《ACS Photonics》封面文章：兼顾光学性能和应用需求的仿生皮肤辐射制冷织物

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsphotonics.3c00241

哈尔滨工业大学王富强《Applied Energy》：具备遮盖层的日间辐射制冷涂层，兼顾高光学性能、薄厚度以及优异的户外耐用性

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261923006372