俞铁军俞唯一巍亦宁金斌徐龙芳胡银江
（浙江睿光节能科技有限公司，绍兴31200）
[摘要]天空辐射制冷技术是指利用地球大气层在特定红外波段具备低吸收的特性，通过”大气窗口”波段（主要在8-13μm范围内）向外太空发射红外辐射，以实现建筑表面的被动式降温，是一种无需额外能源供给的节能技术，对于实现建筑“碳达峰、碳中和”目标具有重要作用.从夜间辐射制冷发展到日间辐射制冷技术，有望成为未来建筑节能涂料发展的趋势.本文在对天空辐射制冷技术的基本原理、陶瓷真空微珠保温隔热涂层在建筑上被动式的节 能做了分析，并重点讨论了该技术当前所面临的挑战.
【关键词】辐射制冷：大气窗口及大气辐射：陶瓷真空微珠保温隔热涂层系统
Application of Radiation Cooling Coating System in Building Insulation Engineerings
Yu Tiejun Yu Weiyi Wei Yining Jin Bin Xu Longfang Hu Yinjiang
(Zhejiang Ruigaang Energy Seving Technology Co. Lad. Shaoxing 3J2000)
Abstraet: The atmspheric radiation cooling technology utilizes the eath’s atmosphere to emit infrared radiation into oter space through the“atmospheric window band (premier wavelength within the 8~13μm) with low absorption characteristics in the specific infrared spectrum thereby bupoqsuoqodaditiol ergy suplmati and plays a cial rle in alzing the goal f Carb Peking ad Cab Ntrality in cstcti ser.p q p u ps p d s m qits coribtioe to pasive cnergy coservatioo by incoporating atmospheric raw materias ach as ceramic hollo glas micospheres (HGM) into insulation coating system on buildings while also addresing challenges faced by this technology.
Keywerds: radtio coling asheric widw and aspheic raditio ceamic hollw glass microsperes HGM inlation cating systm
一.建筑是碳排放的主要来源之一，建筑节能在“双碳”政策中扮演着重要的角色，实现碳达峰和碳中和目标离不开建筑节能.墙体节能材料在“双碳”政策中具有关 键作用.首先，墙体节能材料可以有效提升建筑的保温性能，降低能源消耗.传统墙体的材料普遍存在保湿性差和高能耗等问题.而最新研发的新型墙体节能材料如高性能保温装饰一体化板和建筑反射隔热涂料等具备更出色的绝热待性，在有效减少能源消耗并降低碳排放量.
中国政府承诺在2030年之前实现碳达峰，并于其次，墙体节能材料还可提高建筑物使川寿命.传统墙2060年实现碳中和.这一目标是中国应对全球气候变体材料常面临耐久性差、易损坏等问题.而新型墙体节化的重要举措之一，也是实现可持续发展的重要任务之能材料具有更优异的耐久性和稳定性，可增加建筑物使用寿命，并减少废弃物产生，有利于环境保护.此外，墙体节能材料还可推动可再生能源的应用.例如，在满足建筑电力和热水等需求时，需要选择适合安装太阳能、 风力发电等可再生资源设备的材料来制造瑜体.显面易见，这种墙体鼓励使用新型太阳光伏板、风力发电叶片等高效节能设备，以更好地满足可再生资源需求，并为建筑提供更持续的能源解决方案.
20世纪80年代初，欧美等发达国家在红外辐射材
DOl: 10.16116/j.cnki.jskj.2023.23.010
料研究方面取得了显著进展，随后我国也开始对该领域展开探索与研究.以多层膜结构光子晶体材料制备，高 辐射纳米陶瓷材料以及辐射制冷涂层等为代表的新型红外辐射材料取得了引人注目的成就.这些新材料的出现，在提高建筑节能、减轻城市热岛效应以及实现建筑轻量化等方面展现出独特优势，为节能降碳作出了显著贡献.
波长范围内呈现出明显的辐射/吸收带.特别需要注意的是，水蒸汽在6.3μm附近表现出强烈的发散辐射带， 并且在20μm附近也存在明显的次级发散区域.至于二氧化碳来说，在红外光谱中其重要特征是具备一个以15pm为中心、宽带密集的发散区域.在红外光区域，臭氧的大部分辐射带都被水蒸汽和二氧化碳所覆盖，但9.6μm处存在一个显著窄幅辐射带.
1辐射制冷技术
在干燥条件下，位于正上方的8-13μm波段具有极低的辐射吸收率，故被称为“大气窗口”.然面，在该波段中存在来自二氧化碳和水蒸汽所产生整体背景辐射.形成这一现象主要源于连续性吸收作用，并受到水汽含量，环境温度以及露点温度等多种因素影响.随着 路径长度增加以及天顶角变得更高，导致了在“大气窗口”内部空间中出现更多来自大气层面的辐射能量.此外，在低水燕汽含量情况下还可以观测到一个不太明显但依然存在的第二个“大气窗口”，其位于16-22pm波段.
辐射制冷是一种近年兴起的被动制冷方式，其基于辐射热传递这一宇宙中最常见的能量传递形式，无需电能或其他能源参与.在地球上，由于地球与外太空之间存在巨大的温差，不仅可以利用该温差实现地球的冷却， 还可通过向大气层发出红外线辐射来维持地表适宜居住温度.从热辐射角度看，外太空可视为一个接近绝对零度的黑体，并且作为一个庞大面高效的散热器.在有限温度下，物体均会发射电磁辐射.因此，在早期航续至今.同时近几年该技术在建筑领域也开始取得显著 天工程应用中，辐射制冷成为主要采用的散热方式并延进展.
1.3辐射制冷的热分析
一般来说，照射在物体上的电磁波可以分为被吸收、反射或透射三部分.物体的吸收率（a）、反射率（p）和透射率（T）的关系为αβ=1.根据基尔霍夫定律，任何处于热平衡状态的物体，对于每个方向和每个波长，其吸收率和发射率都是相等的.当辐射体置于晴 朗的天空下，辐射体通过大气窗口向外太空辐射的功率为P辐射体受到的太阳辐射功率为P受到的大气辐射功率为P以及其他非辐射能量交换（热对流和热传递）P其辐射制冷原理及能量交换如图1所示，则由辐射制冷产生的净辐射冷却功率为：
1.1太阳辐射
对于白天的辐射冷却而言，太阳辐射的影响至关重要.必须充分考虑其作用.全球太阳辐照通量密度50-100W/m²之间.太阳的标准平均辐照度由AM1.5 （即辐照度）高达1000W/m²，而晴空漫射分量通常在光谱所表示".举例来说，当太阳辐照通量密度为800W/m²时，吸收率为5%~10%的物体将吸收40-80W/m²的太阳能功率，这个数值接近甚至超过了冷却涂料的冷却能力.
1.2大气辐射与大气窗口
球的光谱估算至关重要.地面接收来自天空的辐射源于 在评估辐射制冷涂料的冷却潜力时，进行辐射入地两个不同来源，第一种是大气成分的辐射，第二种是太阳辐射的散射.太阳辐射的散射现象仅在白天存在.而大气辐射则在黑夜和白天均存在.在夜间，大气辐射主要集中于波长超过4μm的波段；而在白天，则以波长 低于2.5μm的太阳辐射为主.
大气辐射是由其组成成分的辐射叠加面形成的.在其中，大气中主要成分如氮气和氧气对辐射贡献微小，则具有显著的贡献.在一定程度上，大气在3-50um 而二氧化碳、水蒸汽、臭氧以及氮氧化物和碳氢化合物
图1辐射制冷过程中辐射体表面能量平衡示意图
红外辐射技术发展的实质是研究具有足够强度且红外发射率高的材料.材料的红外辐射是因其内部分子振 动引起偶极矩变化面产生的.爱因斯坦根据善朗克的能级量子化理论提出并预言了量子跃迁和感生辐射现象，提出了如下三种跃迁机制.（1）受激吸收跃迁：处于低能级的原子吸收一个具有一定能量的光子后跃迁到更高多.（2）自发跃迁辐射：处于高能级的原子处于能量不 一级能级.吸收的光子数量越多，则吸收的辐射能量越稳定状态，它能够自发地从高能级跃迁至低能级，同时辐射出一个具有一定能量的光子.（3）感生跃迁辐射：处于辐射场中高能级的原子在一定能量的光子的诱导作用下，能够从高能级跃迁到低能级，同时辐射出具有一 定能量的光子，且辐射出的光子能量和传插方向与诱导光子完全相同，同时诱导光子也不被吸收，仍然按照原来的运动方向进行传播“.根据振动对称性选择定律：分子振动时对称性越低，偶极矩的变化越大，其红外辐射就越强.由于陶瓷材料是由多原子组成的物质，多原 子在振动过程中会改变分子的对称性面使偶极矩发生变化，因此许多陶瓷具有较高的红外发射率.
振动导致吸收峰的出现，使得SiO材料表现出优异的选择性红外吸收特性.这种特性使得SiO成为中远红 外光谱区域的重要吸收材料.陶瓷真空微珠是一种具有重要应用价值的材料，其主要成分是氧化硅铝，具有超过50%的空心率.这种材料在涂层体系中的应用，能够显著降低涂层的导热系数，同时提高近红外反射率和导率、高反射率和高发射率涂层的关键组成部分.通过 中远红外发射率.这些特点使得陶瓷真空微珠成为低热将上述多种高反射率材料按照不同的组合和配方进行优化，我们可以构建出具有低热导率，高反射率和高发射率特性的涂层材料.这些涂层材料在建筑节能、车辆冷却、电子设备散热等领域具有广泛的应用前景.它们能 够有效地提高能源利用效率、诚少能源消耗并降低环境污染，为可持续发展提供创新的解决方案.
2.2热工性能
辐射制冷涂料涂层以底涂中涂面涂为结构，在实验室测试结果如下：
导热系数太阳元近红外半球发25-25μm（Wm-1-K-11反射比反射比射率法向发射率 法向发射率 3~14μm0.05 0.920.930.910.92 0.95
20世纪90年代，美、日两国对Mn”掺杂董青石红外辐射材料进行了研究.近年来，具有各种特殊性能的红外辐射材料开始被国内外广泛研究.国内开始有用 稀土元素掺杂尖晶石结构制备高发射率红外辐射材料.目前，高发射率红外辐射材料主要应用于军事、节能，环保、医疗、保健等领域，使用较成熟的红外涂料大多都是应用于中低温度.
2.3涂层系统的户外实测及分析
在户外实测条件下，日间太阳照射下的温度基本与环境温度相当.与传统反射隔热涂料相比，在同样的条件下，温差约为1-2℃左右.这说明由于其具有更高的的辐射能量降低得更多；而在夜间情况下，涂层表面湿 太阳光反射比（波长主要在0.3-2.5μm），进人涂层度略高于环境温度.这是因为该涂层具有较低的导热系数，使得大气辐射能量透过涂层转变成传导困难增加，从面使能量在表面积聚，并增加了涂层的发射量，达到了高冷却热通量的目标.
2辐射制冷涂料的原材料选择与性能表现
2.1原材料选择
金属过氧化物和稀土金属在经过特定的掺杂工艺处理后，能够在1000至1200℃的高温下焕烧，并形成具有高红外发射性能的基料.这种基料在红外辐射方面具有优异的性能，可以作为制备红外辐射涂层的核心材料.纳米级的TiO是一种非常重要的材料、它在整个太阳 光谱范围内均具有极高的反射率.通过调整纳米粒子的大小和分布，我们可以在不同粒径配比下实现太阳光反射率和近红外反射率均达到90%以上的优异性能.这种特性使得纳米TiO成为太阳能反射和节能领域的重这意味着它对于太阳辐射是物理上透明的.然而.在中 要材料.SiO在整个太阳光谱范围内具有零消光系数，红外波段附近的 10μm 和20μm处，Si-O-Si键的强烈
3辐射制冷涂层系统代表产品及其工程应用
3.1陶瓷真空微珠保温隔热涂层及其特点
以辐射制冷原理所研发的“陶瓷真空微珠保温隔热涂层”已在“夏热冬冷”地区推广应用，作为新型建筑围护结构保温隔热材料.可用于新建、扩建和改建建筑 的外墙，内墙、楼板、屋面等的保温隔热.该涂层系统主要采用陶瓷真空微珠等无机材料制备面成，配合高绝热材料SiO气凝胶，具有无毒、无害、无污染的环保特性.施工应用中，涂层由A道和B道两部分组成.
A道材料能够渗透到墙体表面的空隙和毛细孔中，有效阻止外界酸性气体、有害水以及二氧化碳等物质侵人， 并增强基层表面.B道材料含有高含量的陶瓷真空微珠和气凝胶，在建筑外墙起到隔热保温作用的同时形成稳定的透气薄膜，可以防止外界有害物质对墙体造成损害，并允许有害水汽向外扩散，不易剥落且耐久持久.
准，注重主动式和被动式关键降耗技术，在高性能围护结构、高能效设备系统以及优质室内外环境方面努力构 建了完善的零碳建筑技术体系.其中，在高性能围护结构方面计划采用“陶瓷真空微珠保温隔热涂层”.预计项目工后将减少983.4吨CO当量排放量，相当于近5500棵树10年吸收的CO总量.
“陶瓷真空微珠保温隔热涂层”在满足建筑保温隔效阻断热桥.
热性能的同时能有效避免传统保温材料的开裂、脱落等一系列问题.系统具有优异的保温性能，节能环保：施工方便，可喷涂或涂：薄层轻质，减轻建筑重量：具有优良的粘结强度，可适用于各种基层界面；具有柔韧性能，能有效抵抗基层变形，适应于各种形状基面，有
4结语
被动式辐射制冷涂层系统是一个充满机遇和挑战的新兴技术领域.一方面，随着越来越多的研究机构，企业对辐射制冷技术的投人，被动式辐射制冷涂层系统的生命力将会不断提高：与此同时，随着科技的进步和市 场需求的增长，被动式辐射制冷涂层系统的性能和应用领域也将得到进一步的拓展.以“陶瓷真空微珠保温隔热涂层”为代表的辐射制冷涂层系统在建筑保温隔热系统中的应用，已经成为当前市场的研制开发的新热点，正逐步在全国建筑节能领域形成新的趋势.在不远的未 为低碳、节能的建筑节能方案提供更为优化的解决方案，来，我们将看到更多不同类型的被动式辐射制冷涂层系统在市场上得到应用，如建筑节能、车辆冷却、电子设备散热等.但另一方面，被动式辐射制冷涂层系统在建筑围护结构中，至今尚未有一个统一的标准和测试装置 用来评估材料的辐射冷却性能.同时，在涂层系统中仍需对涂层厚度及力学性能等进行不断优化.此外，额色方面也需要进一步拓展研究.
3.2已竣工项目应用案例
保利大国璟（二期）项目（见图2）、于2022年8月通过验收并投入使用，总建筑面积为12万㎡²，其中外墙保温面积为6万m，工期共计60天.
君望美庭项目（见图3），于2022年12月通过验收井投入使用，总建筑面积为27方㎡，其中外墙保湿 面积为15万π，工期共计160天.
上述项目外墙保温材料选用防火性能A1级的“陶瓷真空微珠保温隔热涂层”，采用机器人喷涂的施工方式，较传统保温材料缩短工期约70%：同时，有效解决 了墙体的冷热桥问题.
参考文献
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图2保利大国璟（二期）项目
图3君望美庭项目
3.3绍兴龙山书院项目应用案例
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瑞士合作的“零碳建筑项目”示范工程之一，将成为中 绍兴市龙山书院项目作为住建部首批三个中国与国零碳建筑领域的典范.该项目位于绍兴镜湖未来社区中央，旨在重现江南现代人文书院的风貌.总投资12.2亿人民币，总建筑面积14.8万m².该项目采用了零碳建筑主体结构，并以超低能耗建筑、装配式技术、可再 生能源利用、全电气化建筑和绿色低碳交通等手段推动实现整个项目的“双碳”目标.设计上遵循零碳建筑标
[4]孟涛.辐射制冷装置的数值模拟及实验研究[D]江苏大学，2009.
[5]李艳，吴建青.高可见光吸收红外辐射陶瓷的制备和性能[J].中国陶瓷， 2006 (07):26-2936.DOI: 10.16521/j.cnki.issn.1001-9642.2006.07.008
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