專題 專業教育與研究

被動輻射製冷材料研發重大突破

文 : 廖卓怡、梁靖姸

被動輻射製冷科技近年發展為甚具潛力的環保冷凍技術,有助應對社會對空間冷凍的迫切需求及對抗全球暖化。然而,目前採用的被動輻射製冷材料成本高且難以相容,或易受天氣影響,且未能有效反射陽光。

Cyphochilus 製冷瓷磚模擬白金龜的白色外殼。香港城市大學(城大)研究團隊新研發的製冷瓷磚,靈感源自全球最白甲蟲—白金龜。該種瓷磚不耗能源及不用製冷劑,便能達致高效能製冷的光學特質,兼具高成本效益、耐用及多功能的優點,適合廣泛商業應用,特別是建築業。製冷瓷磚也可減輕建築物的熱負荷及保持穩定冷凍表現,有助提升能源效益及對抗全球暖化。

此外,製冷瓷磚可高效消散幾乎所有波長的陽光,達致近乎完美的99.6%陽光反射率,以及極高的96.5%中紅外線熱能散射率,效能超越目前最先進的材料。

除了優秀的光學表現,製冷瓷磚更有極佳的氣候抗力、化學穩定度及機械結構堅固度等優點,非常適合於戶外作長期應用。

有關研究結果刊載於著名學術期刊《科學》,題為「具有高太陽反射率的階層式結構被動輻射製冷瓷磚」。

Professor Tso (centre) and his research team 曹教授(中)及其研究團隊論文的通訊作者是城大能源及環境學院曹之胤教授和城大機械工程學系客座教授王鑽開教授。第一作者及第二作者分別是曹教授指導的城大能源及環境學院博士生林凱昕及陳思如。

曹教授說:「我們的實驗發現在屋頂上鋪設製冷瓷磚,可在空間冷卻方面節省20%以上電力,反映製冷瓷磚極有潛力,減少大眾依賴傳統的主動製冷方式。」

基於製冷瓷磚的研究成果,團隊正探究大規模生產製冷瓷磚材料的可能性,推動轉化為實際應用。

在物色可用作彩色製冷瓷磚應用的光致螢光材料方面,曹教授的團隊取得重大進展。這些材料可透過吸收可見光產生與傳統顏料相似的顏色,也能將所吸收的可見光轉化為其他波長的輻射,令配上顏色的製冷瓷磚達致製冷效果。

除了製冷瓷磚外,曹教授的團隊亦研發一種用於建築物的被動輻射製冷塗料,建築業各方持份者對此甚感興趣,並與團隊積極磋商合作機會。團隊研究把塗料作商業化應用,為永續建築應用提供高品質及成本效益的製冷方案。

曹教授續說:「我們正在研發一種光學自適製冷塗層,可因應附近環境進行溫度調控。這種塗層的特別之處在於它與現有的各種具有高太陽反射率的被動輻射製冷材料相容,從而可在炎熱和寒冷的季節進行智能溫度調控。」

曹教授的團隊正在不同季節和城市作大量實驗,以證明該塗層的溫度調控效能。

Passive radiative cooling
動輻射製冷技術透過反射陽光,將熱量往外輻射,達致降溫效果。
The white cooling ceramic applied on a roof.
在屋頂上鋪設白色製冷瓷磚。
 

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