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图/东南大学能源与环境学院教授 、博士生导师 赵冬亮
物体由于具有温度而辐射电磁波的现象，被称为热辐射。辐射热超构材料通过光子晶体或超表面实现对波长、振幅及方向的调控。如红外辐射动态调控在建筑节能、航天器热控新能源利用以及人体热管理等领域均具有重要研究意义和应用价值，可根据不同应用场景，实现辐射热管理、热伪装、提高能源利用效率等功能。其中，辐射热管理通过调控物体热辐射特性，从而实现加热/冷却，由于无需任何能量输入，被认为是一种具有广阔前景的热管理技术。辐射制冷超材料通过材料选择、结构设计、尺寸设计使得超材料薄膜在室温下具有近乎理想的红外发射率（近似于黑体），在白天与黑夜辐射表面温度可分别降至低于环境温度8℃和15℃。在机场廊桥应用案例中，将技术与建筑空调系统结合，实现全年制冷耗电量下降43.7%，节电5.5万kWh/年（节省60元/㎡）。但由于热辐射过程的自发性，辐射冷却技术存在适用面窄的共性难题，让动态热辐射调控研究提上日程，可通过电致变色、热致变色、机械驱动、光驱动等方式实现退太阳光和红外辐射的调控，进而在制冷、加热两种模式中进行转换。其中，太阳光波段光热解耦是透明结构动态辐射热管理的难点，可通过应用多目标优化算法设计F-P结构协调窗户热管理性能与视觉舒适度，协同优化可见光、近红外、中红外，为动态热辐射调控应用提供指导。此外，柔性电致变色可拓宽辐射热管理应用领域。在柔性测试中，进行过500次弯曲循环，其力学、电化学、光学特性稳定；100000S着色，漂白循环稳定。宽窄谱辐射冷却，通过改变凝胶亲属水组分可进一步调节适用于不同场合的相变温度。室内热辐射调控中，一方面，室内微气候由温度、湿度、风速和热辐射四种综合作用于人体的因素组成，另一方面，室内环境与人体辐射换热过程复杂，协同影响人员热舒适与建筑负荷。热辐射对人体热舒适的影响，可从平均辐射温度Tmrt和表面温度得出。因此从建筑节能与人体舒适角度，对室内表面温度与辐射特性提出新要求。其中，辐射供暖空调根据室内表面温度调节方式，采用高发射率材料提升热流；不同于传统辐射冷吊顶存在供冷不足、结露风险高等问题，通过研发高热阻红外透明材料/构件，在表面不结露且满足热舒适前提下，显著提升辐射供冷能力。运用基于红外透过率、发射率、反射率冷/热模式动态切换设计的新型织物，室内制冷温度设定点将增加0.2-2.8℃，供暖温度设定点将降低0.8-4.4℃（传统制冷23℃和供暖22℃设定值）。可见，使用新型辐射冷却/加热纺织品可以减少高达39.4%/44.2%的建筑能耗。双碳战略下，新质生产力和硬核科技已成为当之无愧的主角，一场深刻而广泛的创新转型变革如火如荼。零能耗、利用可再生能源、无需介质……辐射热管理在建筑节能和人体舒适度等维度的巨大潜力，正持续释放。
