科技日報記者 矯陽

建筑物夏季空調制冷能耗約占全球總能耗的15%。直到2014年，斯坦福大學的研究人員利用昂貴復雜的納米光子鍍銀輻射制冷器，從實驗層面成功實現(xiàn)了陽光直射下表面溫度低于環(huán)境氣溫的零能耗被動輻射制冷，為人類科學史上首次。

如何將這種實驗層面的技術應用于工業(yè)實踐，并簡化為易于生產和應用的材料，使大量建筑物減少夏季巨量空調制冷用電？2021年，中國建筑集團有限公司（以下簡稱中國建筑）研發(fā)出的環(huán)保涂料實現(xiàn)了這個目標。

“近年來，中國建筑縱深推進新一輪科技體制改革，加強科技治理體系和能力建設，研發(fā)投入年增速保持30%。”中國建筑科技與設計管理部總經理江建端7月5日在接受科技日報記者采訪時表示，在新科技體制環(huán)境下，青年科技團隊快速研發(fā)出這款世界首創(chuàng)環(huán)保涂料，并持續(xù)將這一技術迭代升級。

制冷涂料在通訊基站上的自清潔效果

建立國內一流實驗室和科研團隊

位于成都的中國建筑西南設計研究院內，中國建筑西南設計研究院建筑新技術新材料創(chuàng)新孵化中心總工程師張衛(wèi)東帶領團隊6名成員，正在實驗室監(jiān)測著環(huán)保新涂料的各項試驗數(shù)據(jù)。

為貫徹落實國家“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略，中國建筑于“十四五”期間提出“綠色建筑”的企業(yè)發(fā)展理念。

“我們特地引進張衛(wèi)東博士，授權其自主組建研發(fā)團隊，以綠色產業(yè)化為主旨，根據(jù)市場需求自行確定研究方向，并以前所未有的資金力度，支持其建立起國內一流的實驗室和科研團隊?！苯ǘ苏f，為加快科研成果的產業(yè)化進程，充分利用設計院的前端優(yōu)勢，集團同意張衛(wèi)東研發(fā)團隊意見，將實驗室整體前移至中國建筑西南設計研究院，并持續(xù)予以雄厚的資金和政策支持。

2018年，在國家自然科學基金支持下，張衛(wèi)東團隊在實驗室啟動了零能耗自清潔日間被動輻射制冷涂料的科研攻關。

寬松而良好的科研環(huán)境，極大地激發(fā)起張衛(wèi)東團隊的創(chuàng)新熱情。

基于扎實的專業(yè)知識，研究團隊大膽嘗試，經歷無數(shù)次失敗后，僅用3年時間，于2021年成功研發(fā)出“零能耗自清潔被動輻射制冷涂層”，可反射98.6%太陽熱，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)約空調制冷能耗40%—71%?！睆埿l(wèi)東說，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用

原創(chuàng)性研制彩色日間被動輻射制冷涂料

“迄今為止，所有的日間輻射制冷材料均為炫目的白色，給人帶來不同程度的光污染。”張衛(wèi)東說，如果僅有單一的白色涂層，應用前景極其有限。 

研發(fā)團隊大膽提出創(chuàng)新理論，升級研究出一項世界原創(chuàng)技術，即彩色日間被動輻射制冷涂料，解開了表面顏色與太陽反射率之間的矛盾死結，原創(chuàng)性地研制出當今世界僅有的紅、黃、藍、橙、灰等彩色日間被動輻射制冷涂料，研究成果論文刊登于著名期刊《先進材料》，解決了涂料光污染和色彩單一問題。

在研發(fā)過程中，團隊成員也在材料的性能方面追求著極致。

他們率先將超疏水/超疏油自清潔技術用于涂層體系，大幅提高了新材料的耐候性，耐加速老化測試大于1000小時，遠超外墻涂料優(yōu)質品不低于600小時加速老化測試的國家標準。同時，將紅外輻射率提高到99.1%，產品性能再次刷新了世界紀錄。“我們讓涂層融合了白體吸熱最少和黑體散熱最好的優(yōu)點，無論用在何處，確保了表面溫度始終低于環(huán)境氣溫。” 研發(fā)團隊博士薛曉說。

他們還解決了建筑自清潔問題。

建筑物面積超大，清潔是一項很大的工程?？煞褡屝峦繉硬牧喜粌H反射太陽輻射，還能實現(xiàn)自動清潔？研發(fā)團隊從“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合一層透明超疏水/超疏油自清潔面層，達到自動抵御一切污漬的目標。

制冷涂料在拉薩寧算數(shù)據(jù)中心的應用

技術延伸拓寬新涂料應用范圍

成功將新涂層材料用在混凝土建筑上后，研究團隊又將目光放在遍布各地的移動通訊基站、常溫儲糧倉庫和交通安全設施等領域。

他們跨越千山萬水，深入田間地頭，短短幾個月，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，足跡遍及大半個中國。

通過將制冷涂料用于不同氣候帶的移動通訊基站上，技術人員收集到第一手數(shù)據(jù)，解決了應用的“最后一公里”，有效將基站表面和內部溫度降低至環(huán)境氣溫以下，在保護設備和延長使用壽命的同時，節(jié)約空調制冷能耗30%—73%。

當制冷涂料用于常溫儲糧時，即使在不太炎熱的五月，也可將麥子內部溫度降低7.1℃，有效降低蒸發(fā)損耗和蟲害，防止糧食結露和霉變，延緩糧食陳化和劣變速度，起到增產增收的功效。

得益于先進的技術和實用的性能，當前，中國建筑正加速該涂料在儲能變電站、數(shù)據(jù)中心、低溫糧庫、冷凍庫及各類化工和油氣儲罐上的工程示范應用。

這個范圍還在擴大。“目前，研發(fā)團隊正積極進行技術延伸，力爭將其擴展應用到汽車、高鐵及安全設施等領域，為服務‘雙碳’目標提供技術支撐?！睆埿l(wèi)東說。

點評 黨的十八大以來，習近平總書記多次強調走綠色低碳發(fā)展道路。作為世界最大的建筑企業(yè)，近年來，中國建筑瞄準綠色產品產業(yè)化方向，堅持科技引領，在政策、資金上為科研人員營造寬松的生態(tài)環(huán)境，通過營造適應科研的良好生態(tài)，持之以恒地進行科技創(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)。