普林斯顿大学和加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员共同开发了一种新型的被动气候控制技术，这种技术通过使用特定波长的工程涂层来管理热传递，有望大幅节省能源并提高建筑的舒适度，特别是在不太富裕的地区。

这项技术的核心在于一种被动热调节机制，它使用常见材料来选择性地管理辐射热。在《Cell Reports Physical Science》杂志上发表的文章中，研究人员报告说，通过限制建筑与其环境之间的辐射热流向特定波长，使用这些材料制成的涂层能够实现超越传统建筑外墙的节能和热舒适度。

普林斯顿的研究员Jyotirmoy Mandal表示：“随着全球气温的上升，维持适宜居住的建筑已成为全球性的挑战。建筑与其环境之间的大部分热交换都是以辐射的形式进行的，通过调整建筑外墙的光学属性以利用辐射在我们环境中的行为，我们可以以新的、有影响力的方式控制建筑中的热量。”

研究人员发现，屋顶通常可以无遮挡地看到天空，这使得冷却屋顶涂层能够反射阳光，并将长波热量辐射到天空，最终散发到太空。而墙壁和窗户则主要看到的是地面和邻近的建筑物。在炎热的天气里，它们会被来自炎热的街道、人行道和附近建筑物的热辐射所加热。这意味着即使墙壁和窗户向天空辐射热量，它们也会被地面加热得更多。在寒冷的天气里，地面环境变得更冷，从墙壁和窗户中吸走热量。

研究人员意识到，解决这个问题的关键在于建筑与地面区域之间的热传递方式与建筑与天空之间的热传递方式不同。辐射热以称为大气传输窗口的红外光谱的狭窄部分从建筑物移动到天空，因此研究人员称其为窄带。在地面层面，辐射热跨越整个红外光谱移动，研究人员称其为宽带。

通过在墙壁和窗户上涂上只在这个大气窗口中辐射或吸收热量的材料，我们可以在夏季减少来自地面的宽带热量增益，并在冬季减少损失，同时保持天空的冷却效果。我们相信这个想法是前所未有的，并且超越了传统屋顶和外墙外层所能达到的效果。

研究的影响之所以重要有两个原因。首先，研究人员在文章中展示了许多常见且低成本的建筑材料在窄带中辐射热量并阻挡宽带热量。像聚偏氟乙烯这样的材料，已经用作外墙材料，可以被适应这个目的，甚至更常见的塑料也可以。

其次，建筑物规模上潜在的能源影响是巨大的。研究人员指出，使用他们的机制进行季节性节能与将深色屋顶涂成白色的好处相当。随着空调成本和与热有关的伤亡继续在全球范围内上升，这可能非常有用。Mandal和Raman计划将这项研究继续进行下去。

Mandal指出：“我们提出的机制是完全被动的，这使得它成为以季节性的方式冷却和加热建筑物的可持续方式，并带来未开发的节能效果。实际上，我们展示的机制和材料的好处对于全球南部的建筑物来说是最高的。因此，它可能是资源匮乏社区中更公平的解决方案，尤其是随着它们看到日益增长的冷却需求和与热有关的死亡率。”

这项由普林斯顿和UCLA研究人员开发的被动热调节技术，不仅有望为建筑节能领域带来革命性的变化，还可能对全球南部等资源匮乏的社区产生深远的影响。随着季节的变化，这种无需外部能源输入的调温机制，将为建筑提供更舒适的居住环境，同时显著降低能源消耗。如果您对这项创新技术感兴趣，或者对建筑节能有独到见解，欢迎在评论区分享您的想法。

参考资料：DOI： 10.1016/j.xcrp.2024.102065