北京科技大学王存海/刘敬崇Innovation全面阐述辐射制冷应用和展望

随着全球能源需求持续增长与气候变暖问题日益严峻，传统制冷方式所带来的高能耗和碳排放问题日渐突出，迫切需要寻找一种绿色、可持续的降温替代方案。在这一背景下，辐射冷却技术因其无需外部能耗、可将热量直接辐射至冷阱（外太空）而受到广泛关注。过去研究多聚焦于材料设计与制备，但随着技术不断成熟，其“走出实验室、进入真实场景”的应用趋势日益显著。为厘清辐射冷却的实际应用价值与发展方向，本文对该技术在多个关键领域的应用进展进行系统梳理，涵盖建筑冷却、个人热管理、太阳能电池冷却、热电发电、淡水获取、粮食生产与储存以及其他新兴场景，并进一步分析当前面临的技术瓶颈与未来发展重点。通过对当前研究的深入探讨，本文展示了辐射冷却在各个领域中的进展和应用前景，为实际应用和原型设计提供了参考。相关工作以Radiative cooling applications toward enhanced energy efficiency: System designs, achievements, and perspectives为题发表在The Innovation期刊。

图形摘要

随着全球能源消耗的增加和气候变化的挑战，寻找可持续的冷却解决方案变得尤为重要。RC技术能够通过将热量辐射到太空中，提供无需外部能源输入的冷却效果，因此成为节能和应对气候变化的潜在方案（图1）。

图1辐射冷却的基本原理

2.建筑冷却

辐射冷却在建筑中主要包括三类方案：被动式冷屋顶利用高反射与高辐射材料实现全天降温；主动系统结合空气或水流循环控制热交换，提升调温能力；而热/电致变色材料则能根据温度或电信号调节光学属性，实现智能保温与散热切换。多种策略共同助力建筑在不耗电的前提下实现节能降温。（图2）

图2辐射冷却应用于建筑冷却

3.个人热管理

传统服装容易阻挡人体热辐射，而新一代“冷却纺织品”通过高红外透过率或高发射率设计，让身体热量迅速散出。在阳光下，这些衣物可让皮肤降温多达5 °C。更先进的“双模式”面料甚至可以根据穿着方式实现“冬暖夏凉”。同时，彩色冷却织物的研发也解决了美观与功能难两全的难题。（图3）

图3辐射冷却应用于个人热管理

4.太阳能电池冷却

太阳能电池工作时常常因发热导致效率下降。加入辐射冷却结构后，可有效降低电池温度，从而提升电力输出、延长寿命。特别是在高效光伏电池中，精准调控材料光谱响应成为提升性能的新策略，也为未来光伏+冷却一体化器件提供了新思路。（图4）

图4辐射冷却应用于太阳能电池冷却

5.热电发电

热电发电机依赖冷热端之间的温差工作。将辐射冷却材料应用于冷端，可全天候维持温差，提升发电效率。结合太阳能加热、光伏发电等技术的集成系统已初步实现小功率的连续供能，适用于远程传感器、可穿戴设备等场景。（图5）

图5辐射冷却应用于热电发电

6.淡水收集

在干旱地区，辐射冷却还能通过降低表面温度至露点以下，将空气中的水汽冷凝成液态水，从而实现空气取水。并通过合理的结构设计、材料优化与吸附脱附机制优化，进一步增加取水量。此外，辐射冷却还被用于提高海水淡化效率，甚至实现夜间“结冰淡化”，拓宽了无电取水的边界。（图6）

图6辐射冷却应用于淡水收集

7.粮食生产与储存

在高温环境下，农业大棚内温度过高会抑制作物生长。新型透明辐射冷却膜不仅能隔热降温，还能透过对植物有益的可见光，已在白菜、萝卜等作物中显著提升产量。同时，利用辐射冷却对粮食、果蔬等进行储存控温，也有望降低因腐烂变质造成的损耗。（图7）

图7辐射冷却应用于粮食生产与储存

8.其他新兴应用

辐射冷却技术正加速融入生活与工业系统：从提升舒适度的“空调口罩”、降低车内温度的汽车遮阳罩，到实现昼夜被动降温的冷能存储装置，甚至拓展至冰川保护及地球温控等前沿领域，展现出广泛的跨界应用潜力。（图8，9）

图8辐射冷却在日常生活中的应用

图9辐射冷却在大型工程中的应用

9.展望

尽管辐射冷却应用潜力巨大，但在实际推广中仍需跨越多重障碍（图10）：一是需根据气候等条件进行应用前评估；二是满足审美需求的彩色设计仍有限；三是实现动态调节以适应不同环境；四是确保材料在健康与安全上的无毒性；五是提升耐久性以适应户外环境；六是进行全生命周期评估，确保其环境友好与经济可行。

图10辐射冷却应用的挑战与展望

小结：在全球气候变暖与能源紧张日益加剧的背景下，如何实现不依赖能耗的有效降温，成为当前亟待解决的重要课题。辐射冷却技术因其无需能源输入、可将热量直接辐射至外太空而备受关注，具备广阔的节能减排潜力。为推动该技术更好地落地应用，本文系统梳理了辐射冷却在七大关键领域的研究进展与应用路径，包括建筑冷却、个人热管理、太阳能电池冷却、热电发电、淡水获取、粮食生产与储存及其他新兴场景。不仅总结了多种材料与系统设计策略，如冷屋顶、智能变色涂层、冷却纺织品、光伏集成结构、集水系统等，还归纳了不同应用场景下的性能表现与技术优势。此外，文章还深入分析了当前在材料颜色选择、动态调控、环境适应性、生命周期评估等方面面临的挑战，并指出未来的发展方向。通过综合分析和总结，本文为辐射冷却技术的广泛应用提供了理论基础和实践指导，突出了其在节能降耗和应对气候变化中的重要作用。

论文信息：Chen H, Liu X, Liu J*, Wang F*,Wang C*. Radiative cooling applications toward enhanced energy efficiency: System designs, achievements, and perspectives. The Innovation 100999.

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