科技日?qǐng)?bào)記者 矯陽(yáng)
建筑物夏季空調(diào)制冷能耗約占全球總能耗的15%。直到2014年，斯坦福大學(xué)的研究人員利用昂貴復(fù)雜的納米光子鍍銀輻射制冷器，從實(shí)驗(yàn)層面成功實(shí)現(xiàn)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，為人類科學(xué)史上首次。
如何將這種實(shí)驗(yàn)層面的技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)實(shí)踐，并簡(jiǎn)化為易于生產(chǎn)和應(yīng)用的材料，使大量建筑物減少夏季巨量空調(diào)制冷用電？2021年，中國(guó)建筑集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)建筑）研發(fā)出的環(huán)保涂料實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)。
“近年來(lái)，中國(guó)建筑縱深推進(jìn)新一輪科技體制改革，加強(qiáng)科技治理體系和能力建設(shè)，研發(fā)投入年增速保持30%。”中國(guó)建筑科技與設(shè)計(jì)管理部總經(jīng)理江建端7月5日在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，在新科技體制環(huán)境下，青年科技團(tuán)隊(duì)快速研發(fā)出這款世界首創(chuàng)環(huán)保涂料，并持續(xù)將這一技術(shù)迭代升級(jí)。
制冷涂料在通訊基站上的自清潔效果
建立國(guó)內(nèi)一流實(shí)驗(yàn)室和科研團(tuán)隊(duì)
位于成都的中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院內(nèi)，中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)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(wèi)東帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)6名成員，正在實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)著環(huán)保新涂料的各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
為貫徹落實(shí)國(guó)家“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略，中國(guó)建筑于“十四五”期間提出“綠色建筑”的企業(yè)發(fā)展理念。
“我們特地引進(jìn)張衛(wèi)東博士，授權(quán)其自主組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)，以綠色產(chǎn)業(yè)化為主旨，根據(jù)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(guó)內(nèi)一流的實(shí)驗(yàn)室和科研團(tuán)隊(duì)?！苯ǘ苏f(shuō)，為加快科研成果的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，充分利用設(shè)計(jì)院的前端優(yōu)勢(shì)，集團(tuán)同意張衛(wèi)東研發(fā)團(tuán)隊(duì)意見，將實(shí)驗(yàn)室整體前移至中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院，并持續(xù)予以雄厚的資金和政策支持。
2018年，在國(guó)家自然科學(xué)基金支持下，張衛(wèi)東團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)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)。
寬松而良好的科研環(huán)境，極大地激發(fā)起張衛(wèi)東團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新熱情。
基于扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，研究團(tuán)隊(duì)大膽嘗試，經(jīng)歷無(wú)數(shù)次失敗后，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)?！案鶕?jù)不同基材和氣候帶，新涂料在夏季可為建筑物節(jié)約空調(diào)制冷能耗40%—71%?！睆埿l(wèi)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%。
制冷涂料在混凝土建筑上的應(yīng)用
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(wèi)東說(shuō)，如果僅有單一的白色涂層，應(yīng)用前景極其有限。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)大膽提出創(chuàng)新理論，升級(jí)研究出一項(xiàng)世界原創(chuàng)技術(shù)，即彩色日間被動(dòng)輻射制冷涂料，解開了表面顏色與太陽(yáng)反射率之間的矛盾死結(jié)，原創(chuàng)性地研制出當(dāng)今世界僅有的紅、黃、藍(lán)、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(tuán)隊(duì)成員也在材料的性能方面追求著極致。
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(cè)試大于1000小時(shí)，遠(yuǎn)超外墻涂料優(yōu)質(zhì)品不低于600小時(shí)加速老化測(cè)試的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。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(jì)錄?！拔覀冏屚繉尤诤狭税左w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(tuán)隊(duì)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(xiàng)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(xiàn)自動(dòng)清潔？研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(fù)合一層透明超疏水/超疏油自清潔面層，達(dá)到自動(dòng)抵御一切污漬的目標(biāo)。
制冷涂料在拉薩寧算數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用
技術(shù)延伸拓寬新涂料應(yīng)用范圍
成功將新涂層材料用在混凝土建筑上后，研究團(tuán)隊(duì)又將目光放在遍布各地的移動(dòng)通訊基站、常溫儲(chǔ)糧倉(cāng)庫(kù)和交通安全設(shè)施等領(lǐng)域。
他們跨越千山萬(wàn)水，深入田間地頭，短短幾個(gè)月，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(guó)。
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?jǐn)?shù)據(jù)，解決了應(yīng)用的“最后一公里”，有效將基站表面和內(nèi)部溫度降低至環(huán)境氣溫以下，在保護(hù)設(shè)備和延長(zhǎng)使用壽命的同時(shí)，節(jié)約空調(diào)制冷能耗30%—73%。
當(dāng)制冷涂料用于常溫儲(chǔ)糧時(shí)，即使在不太炎熱的五月，也可將麥子內(nèi)部溫度降低7.1℃，有效降低蒸發(fā)損耗和蟲害，防止糧食結(jié)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。
得益于先進(jìn)的技術(shù)和實(shí)用的性能，當(dāng)前，中國(guó)建筑正加速該涂料在儲(chǔ)能變電站、數(shù)據(jù)中心、低溫糧庫(kù)、冷凍庫(kù)及各類化工和油氣儲(chǔ)罐上的工程示范應(yīng)用。
這個(gè)范圍還在擴(kuò)大。“目前，研發(fā)團(tuán)隊(duì)正積極進(jìn)行技術(shù)延伸，力爭(zhēng)將其擴(kuò)展應(yīng)用到汽車、高鐵及安全設(shè)施等領(lǐng)域，為服務(wù)‘雙碳’目標(biāo)提供技術(shù)支撐。”張衛(wèi)東說(shuō)。
點(diǎn)評(píng) 黨的十八大以來(lái)，習(xí)近平總書記多次強(qiáng)調(diào)走綠色低碳發(fā)展道路。作為世界最大的建筑企業(yè)，近年來(lái)，中國(guó)建筑瞄準(zhǔn)綠色產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化方向，堅(jiān)持科技引領(lǐng)，在政策、資金上為科研人員營(yíng)造寬松的生態(tài)環(huán)境，通過(guò)營(yíng)造適應(yīng)科研的良好生態(tài)，持之以恒地進(jìn)行科技創(chuàng)新，極大地激發(fā)出科研人員的創(chuàng)新熱情，綠色低碳科技成果不斷涌現(xiàn)。
