西班牙媒体：中国古建屋顶变身“发电站”

来源：环球时报

西班牙《非常有趣》杂志2月3日文章，原题：一支工程师团队正在运用中国古代建筑智慧，打造以太阳能为动力的节能屋顶瓦片 我们常常欣赏传统建筑的美学价值、岁月痕迹或历史意义，其实它还能帮助我们开启更便捷的未来。工程师们正在重新诠释传统的东方建筑智慧，开发出能够发电、也能触发快速警报装置的屋顶瓦片，为智能建筑的建造开辟了新的可能性。在当今建筑能耗高企、亟需利用可再生能源的背景下，中国深圳大学一组工程师将目光瞄准了中国古代的传统建筑。近日，他们在《先进复合材料和混合材料》期刊上发表论文，论证了如何将古代建筑智慧融入先进材料的研发，从而创造出既能发电又兼具火灾探测功能的系统。

温差是高效热电性能的关键

传统的东方屋顶以层叠式结构、陡峭的坡度和弧形表面为特征。这种几何形状能够形成天然的温度梯度，从而促进太阳光的吸收和热量、水分的快速散发。以中国古建筑为灵感，新方案提出了新一代“智能屋瓦”的理念。

研究人员设计了瓦片状的热电装置。每个单元都模仿了传统屋顶的瓦片，使得一部分在阳光照射下升温，而另一部分则保持相对凉爽。这种温差是高效热电性能的关键，而系统的结构设计进一步放大了这种温差。这种结构设计不再仅仅是瓦片互相支撑，而是成为能量转换过程中的重要组成部分。

无需传统光伏板

该系统的技术核心在于使用由单壁碳纳米管和木质素（一种源自生物质的天然聚合物）组成的薄膜。木质素的引入不仅提高了热电性能，还增强了材料的光热转换能力。这些薄膜在可见光和近红外波段具有很强的吸收能力，与太阳光谱相吻合。在模拟照射下，单次标准太阳光照射即可使其温度达到55°C，强度加倍后可达85°C。此外，工程师们还验证了该复合材料具有出色的机械稳定性。即使经过数百次弯曲循环，其电性能也几乎保持不变。这种强度对于用于承受持续环境应力的建筑材料至关重要。

每套装置由多个串联的热电“元件”组成，并封装在一个模仿东方瓦片的结构中。最先进的型号包含20个活性元件，在太阳辐射下可产生一定温差。在此条件下，发电机可达到60毫伏的开路电压。尽管数字看起来并不高，但它们证明了无需传统光伏板、直接从建筑表面收集能量的可行性。因此，这种设计可以用于建造屋顶。

再现古典美学

除了瓦片本身的性能之外，该项目的价值还在于其优美外观。太阳能瓦片被设计为真正的建筑构件，而非外部附加物。因此，屋顶本身被转化为能源基础设施，能够利用太阳辐射和环境温度梯度发电。这种方法对于历史建筑或传统风格的建筑尤其具有吸引力，因为在这些建筑中安装现代面板通常会在视觉上显得突兀。而新型瓦片能够在保留建筑特色、再现古典美学的同时，融入先进的科技功能。从城市角度来看，该系统提供了一种分散式发电模式，有助于减轻整个社区的能源负担。

该项目的第二个主要贡献是热探测功能。在温度急剧上升的情况下（例如火灾期间），该装置会产生与温度梯度成正比的电压。当该电压超过预设阈值时，系统会自动触发警报。测试表明，其响应速度极快。在300°C的高温下，警报信号仅需0.16秒即可激活。这超越了许多现有传感器的性能。此外，该系统还可以与无线模块集成，将警报直接传输到手机或其他设备。

能量采集和火灾探测功能的结合对于历史建筑尤为重要。许多传统建筑除了缺乏现代化的监控系统外，还使用木材和其他易燃材料建造。这些热电瓦片可以为寺庙、宫殿和古宅提供一种隐蔽的解决方案，在提供能源的同时，又不改变其外观。这项研究表明，技术创新并非总是意味着与传统决裂。研究人员利用先进材料重新诠释了中国传统建筑瓦片的设计，创造出一种能够发电并同时作为超快速火灾探测器的系统。传统建筑、生物材料和热电技术的融合，为打造真正的智能建筑开辟了一条充满希望的道路。（作者埃里卡·库托，罗何译）