四川
随着全球能源消耗的持续增长，建筑能耗已成为主要的温控需求来源。然而，传统的空调和采暖技术不仅消耗大量能源，还导致了显著的碳排放，给环境带来了极大压力。为应对这一挑战，研究人员提出了一种创新的双模热管理膜，集成了被动辐射冷却和太阳加热技术，从而实现全年节能和环境友好的热管理。这种膜通过其多孔的聚合物表面实现冷却功能，借助石墨烯和碳纳米管涂层提供太阳能转化功能，用于加热表面。通过物理翻转膜表面，分别将冷却或加热表面朝向太阳辐射，从而在不同天气条件下实现灵活的热管理。在冷却模式下，该薄膜由于其高太阳反射率（0.92）和中红外发射率（0.95），在853.88 W/m²的太阳辐射下实现了约13.3°C的温度降低。在加热模式下，膜表面凭借其高太阳能吸收率（0.90），将温度提高11.4°C，并在不同电压条件下产生焦耳热。根据EnergyPlus软件的估算，使用该薄膜覆盖屋顶的建筑物能够减少11.09亿吨二氧化碳排放量，约占当前全球二氧化碳排放量的3%。为应对气候变化挑战提供了一个有前景的解决方案，并展示了其在节能和减碳方面的巨大潜力。相关工作以Integration of Radiative Cooling and Solar Heating in Thermal Management Films for Year-Round Energy Savings为题发表在ACS Sustainable Chemistry Engineering期刊。
图1：双模薄膜冷却和加热功能的热管理(a)具有C−F和C−H键的多孔P(VDF-HFP)与SiO2结合，形成具有高反射率和高发射率的超疏水冷却表面。加热表面的加热性能由含21 wt%石墨烯的石墨烯滤饼和含15 wt%碳纳米管的碳纳米管浆料决定。(b)冷却表面工作原理。(c)加热表面工作原理。(d)理想太阳能加热薄膜（红线）和辐射冷却薄膜（紫线）的吸光度/发射率光谱。大气透过率光谱Tatm(λ)（蓝线）、标准太阳光谱IAM1.5(λ)（橙线）以及25°C下的黑体辐射光谱（黑线）。(e)理想太阳能加热（红线）和辐射冷却（蓝线）温度下的净热通量。
图5：估算的能源节省和碳排放减少。(a)全球太阳辐射通量。(b)不同城市建筑单位面积的年均能源节省。(c)北京不同月份的能源节省情况。(d)中型办公室建筑的源电力和源天然气的年均能源节省估算。(e)预测的每人及全球年均CO2减排量。
小结：该研究开发了一种零能源、零污染的双模热管理薄膜，利用自然可再生资源（太阳能加热和空间冷却）设计，能够实现全天候的辐射冷却和太阳加热。在实际应用中，在太阳辐射强度为853.88 W/m²的直接阳光照射下，双模薄膜分别实现了11.4°C的升温和13.3°C的降温，具备稳定且高效的冷却和加热能力。模拟结果表明，双模薄膜能够成功实现全年节能效果，尤其在气候差异明显的地区（如北京）具有显著的优势。通过节约电力和天然气等能源，减少CO2排放，为实现2050年碳中和目标和应对全球气候变化做出贡献。
论文信息：Tan R., Li Y., Bai G., et al. Integration of radiative cooling and solar heating in thermal management films for year-round energy savings. ACS Sustainable Chem. Eng. 2025, 13, 2604 − 2614.
https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.4c10372.
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