伯克利,CA -科学家已经开发出一种全天候smart-roof涂层使家庭温暖的冬季和夏季凉爽而不消耗天然气或电力。研究结果发表在《华尔街日报》科学指向一个突破性的技术优于商业冷屋顶系统节省能源。

“我们的全天候屋顶涂料自动切换让你酷温暖,根据室外空气温度。这是无能量,零排放的空调和取暖,都在一个设备,“教员Junqiao Wu说,科学家在伯克利实验室材料科学部门,加州大学伯克利分校材料科学与工程教授领导了这项研究。

今天的凉爽屋顶系统,比如反光涂料、膜,带状疱疹,或瓷砖,有浅色或深色“cool-colored”表面,冷却房屋通过反射阳光。这些系统还发出一些吸收太阳热的热红外辐射;在这个自然的过程称为辐射冷却,离地表热红外辐射光。

市场上许多冷屋顶系统目前存在的问题是他们继续辐射热量在冬天,这带动加热成本,吴解释道。“我们的新材料——称为temperature-adaptive辐射涂层或TARC可以节省能源通过自动关闭辐射冷却在冬天,克服过度冷却的问题,”他说。

金属通常是电和热的良导体。2017年,吴和他的研究小组发现,电子在二氧化钒表现得像一个金属电但热绝缘体——换句话说,他们没有进行热量导电良好。“这种行为与其他大多数金属电子传热和电比例,”吴解释道。

二氧化钒低于约67°C (153°F)也是透明的(因此不吸收的热红外光线。但是一旦二氧化钒达到67°C,切换到一个金属状态,成为热红外光线的吸收。这种切换从一个阶段到另一个的能力——在这种情况下,从绝缘体到金属的特点是所谓的相变材料。

看到二氧化钒如何执行在屋顶系统中,吴和他的团队设计了一个2-centimeter-by-2-centimeter TARC薄膜设备。TARC”看起来像透明胶带,可以贴在固体表面上像一个屋顶,”吴说。

在一个关键的实验中,该研究Kechao唐设置屋顶实验吴邦国委员长的东湾家里去年夏天在现实环境中展示技术的可行性。吴邦国委员长的阳台上一个无线测量装置设置连续记录反应阳光直射和室外温度的变化从一个TARC样本,商业黑暗的屋顶样本,一个商业白色屋顶样本在多个天。研究人员使用的数据实验模拟TARC如何执行全年在城市代表跨美国大陆15种不同的气候区。

吴招募罗内恩莱文森,研究报告合著者是一位科学家和热岛的领袖集团在伯克利实验室的能源技术领域,帮助完善屋顶表面温度模型。2022世界杯八强水位分析莱文森发明了一种方法来估计TARC节约能源从一组超过100000建筑物能源模拟热岛集团之前执行评估的好处在美国屋顶和墙壁一样酷。芬尼根Reichertz, 12年级的学生在奥克兰东湾创新学院远程作为暑期实习生工作了吴,去年帮助模拟TARC和其他屋顶材料如何执行在特定时间和特定天全年的15个城市或气候区域的研究人员研究了纸。

研究人员发现,TARC优于现有屋顶涂料的节能在12 15气候区,特别是在地区广泛昼夜之间的温度变化,如旧金山海湾地区,或在冬季和夏季,如纽约。TARC安装,美国家庭平均可以节省高达10%的电力,”唐说,他是吴实验室的一位博士后研究员的研究。他现在是北京大学助理教授在北京,中国。

标准降温屋顶太阳能反射和热发射率高(释放热量的能力通过发射热红外辐射)甚至在凉爽的天气。根据研究者的测量,TARC反映了阳光全年的75%左右,但其热发射率高(大约90%),当环境温度温暖(25以上°C或77°F),促进热损失。在寒冷的天气,TARC的热发射率会自动切换到低,有助于保留从太阳能热吸收和室内加热,莱文森说。

发现从红外光谱实验中使用先进的工具在伯克利实验室的分子铸造模拟进行验证。“简单的物理预测TARC将工作,但我们将工作感到惊讶,”吴表示。“我们最初认为开关从气候变暖到冷却不会这么戏剧性。我们的模拟,室外实验,实验证明并非如此——它非常有意思。”

研究人员计划开发大规模TARC原型进一步测试其性能作为一个实际屋顶涂料。吴邦国说,TARC也可能有潜在的作为热防护涂层在智能手机和笔记本电脑,延长电池寿命和盾牌卫星和汽车非常高或低的温度。它也可以被用来使帐篷、温度调节织物温室覆盖物,甚至帽子和夹克。