普林斯顿大学和加州大学洛杉矶分校的研究人员已经开发出一种被动机制，可以在夏天给建筑物降温，在冬天给建筑物供暖。

在6月27日发表在《细胞报告物理科学》杂志上的一篇文章中，他们报告说，通过将建筑物和环境之间的辐射热流限制在特定波长，用普通材料设计的涂层可以实现节能和热舒适，这是传统建筑围护结构无法实现的。

普林斯顿大学土木与环境工程助理教授、研究员乔蒂莫伊·曼达尔说:“随着全球气温的升高，维持可居住建筑已成为一项全球性挑战。”“建筑物以辐射的形式与环境交换大部分热量，通过定制其外壳的光学特性来利用辐射在我们环境中的行为，我们可以以新的和有影响力的方式控制建筑物的热量。”

由电磁波携带的辐射热无处不在——当阳光温暖我们的皮肤时，或者当电线圈加热房间时，我们会感觉到它。通过控制辐射热来调节建筑温度是一种常见的做法。大多数建筑使用窗帘来阻挡阳光，许多建筑将屋顶和墙壁涂成白色以反射阳光。

加州大学洛杉矶分校材料科学与工程副教授、研究员Aaswath Raman说:“如果我们看看希腊的圣托里尼(Santorini)或印度的焦特布尔(Jodhpur)等历史悠久的城市，我们会发现，通过让屋顶和墙壁反射阳光来冷却建筑物的做法已经实行了几个世纪。”“近年来，人们对反射阳光的凉爽屋顶涂料产生了巨大的兴趣。但冷却墙和窗户是一个更微妙、更复杂的挑战。”

屋顶通常可以看到开阔的天空。这使得凉爽的屋顶涂层能够反射阳光，并向天空辐射长波热量，最终到达太空。另一方面，墙壁和窗户大多能看到地面和邻近的建筑。在炎热的天气里，它们被热的街道、人行道和附近建筑物所辐射的热量所加热。这意味着，即使墙壁和窗户向天空辐射热量，它们也会被地球加热。在寒冷的天气里，陆地环境变得更冷，从墙壁和窗户排出热量。

研究人员意识到解决这个问题的方法在于热量在建筑物和地面区域之间以及建筑物和天空之间传播的不同方式。辐射热从建筑物转移到天空的红外光谱的一个狭窄部分被称为大气传输窗口，所以研究人员称之为窄带。在地面上，辐射热在整个红外光谱中移动，研究人员称之为宽带。

“通过在墙壁和窗户上涂上只辐射或吸收大气窗口热量的材料，我们可以减少夏季从地面获得的宽带热量，减少冬季的热量损失，同时保持天空的冷却效果。”我们相信这个想法是前所未有的，超越了传统的屋顶和墙壁围护结构所能实现的。”Mandal指出。

研究结果的影响有两个重要原因。首先，研究人员在文章中表明，许多普通和低成本的建筑材料在窄带辐射热量，并阻挡宽带热量。已经用作壁板材料的聚乙烯氟等材料，甚至更常见的塑料，都可以用于这一目的。

“当我们发现聚丙烯等材料，我们从家用塑料中采购，有选择地辐射或吸收大气窗口中的热量时，我们真的很兴奋。”拉曼指出。“这些材料很普通，但同样的可扩展性使它们很常见，这也意味着我们可以在不久的将来看到它们的温度调节建筑。”

乐观的第二个原因是，在建筑规模上潜在的能源影响是巨大的。研究人员指出，季节性节能的机制与将深色屋顶涂成白色的好处相当。随着全球空调成本和与热有关的伤亡人数持续飙升，这可能是有用的。曼达尔和拉曼计划进一步进行这项研究。

“我们提出的机制是完全被动的，这使得它成为一种可持续的方式，可以根据季节对建筑物进行制冷和加热，并产生未开发的能源节约。”Mandal笔记。“事实上，我们展示的机制和材料的好处在全球南方的建筑中是最高的。因此，在资源贫乏的社区，这可能是一个更公平的解决方案，尤其是当他们看到越来越多的制冷需求和与热有关的死亡率时。”

这篇题为《地球发光中的辐射冷却和温度调节》的文章发表在6月27日的《细胞报告-物理科学》杂志上。除了Mandal和Raman，作者还包括橡树岭国家实验室的Jyothis Anand;加州大学洛杉矶分校的约翰·布鲁尔;独立研究员Sagar Mandal和亚利桑那州立大学的Arvind Ramachandran。该项目的部分支持由施密特科学奖学金、阿尔弗雷德P.斯隆基金会和国家科学基金会提供。