普渡大学的研究人员推出了一种“超白”涂料,可反射 98.1% 的入射阳光,其太阳反射率远高于现有冷屋顶产品典型的 80-90%。

涂料的工作原理

这种涂料的出色表现源于硫酸钡,这是一种因其洁白特性已广泛应用于化妆品和摄影领域的矿物质。普渡大学的研究团队花费了六年时间测试了一百多种候选物质,最终确定了一种包含不同尺寸硫酸钡颗粒的混合物。多样化的颗粒尺寸能在更宽的光谱范围内散射阳光,将大部分太阳能反射回太空,而不是加热下方的表面。

在阳光充足的情况下,涂有这种新配方的表面比环境空气温度低约 4.5 °C。日落后,该表面通过辐射冷却持续散热,温度比周围空气低约 10.5 °C。从实际应用的角度来看,一个涂有该涂料的 1,000 平方英尺屋顶所能散发的热量相当于一台 10 千瓦的空调机组,且无需消耗任何电力。

为什么印度将从中受益

在印度的夏季,随着家庭和企业全力运行空调,用电高峰需求经常激增。这种激增给本就面临容量缺口的电网带来了巨大压力,并迫使公用事业部门启动成本高昂、化石燃料密集型的调峰电厂。通过降低建筑物的冷却负荷,这种涂料可以削减用电高峰,减轻国家电网的压力,并减少对额外发电容量的需求。

在建筑密集的都市区,混凝土、沥青和无遮挡的屋顶会吸收并重新辐射热量,从而形成比周围农村地区高出几度的城市热岛效应。在全市范围内推广高反射涂料将提高屋顶和建筑立面的反照率,将更多的太阳能反射回太空,从而降低全市的温度。

对于低收入家庭而言,这种涂料提供了一种被动且低维护的解决方案。其施工可以使用当地油漆工熟悉的工具和技术,因此前期成本可以在涂料的使用寿命内分摊,同时空调电费也会大幅下降。

从实验室走向市场

普渡大学团队设计的配方可以无缝接入现有的工业涂料生产线。无需进行彻底的设备改造,这一因素加速了从实验室到商店的转化过程。该项目得到了普渡大学 Cooling Technologies Research Center 和 U.S. Air Force Office of Scientific Research 的支持,研究人员已经提交了专利申请。耐久性测试表明,该涂料具有抗开裂和抗剥落的特性,解决了早期冷屋顶技术在恶劣天气下容易快速降解的常见弊端。

总结

普渡大学的超白涂料表明,相对简单的材料改进就能实现太阳反射率的巨大飞跃,为冷却建筑和城市提供了一条低能耗途径。对于像印度这样气温飙升导致用电需求不断增加并加剧城市热岛效应的国家来说,只要解决大规模部署的经济性问题并确保实际性能符合预期,这种涂料就能成为气候适应工具箱中一种具有成本效益的工具。