中国新建建筑“绿色化”已超90%

中国新建建筑“绿色化”已超90%

建筑物夏季空调制冷能耗约占全球总能耗的15%。直到2014年,斯坦福大学的研究人员利用昂贵复杂的纳米光子镀银辐射制冷器,从实验层面成功实现了阳光直射下表面温度低于环境气温的零能耗被动辐射制冷,为人类科学史上首次。

如何将这种实验层面的技术应用于工业实践,并简化为易于生产和应用的材料,使大量建筑物减少夏季巨量空调制冷用电?2021年,中国建筑集团有限公司(以下简称中国建筑)研发出的环保涂料实现了这个目标。

“近年来,中国建筑纵深推进新一轮科技体制改革,加强科技治理体系和能力建设,研发投入年增速保持30%。”中国建筑科技与设计管理部总经理江建端7月5日在接受科技日报记者采访时表示,在新科技体制环境下,青年科技团队快速研发出这款世界首创环保涂料,并持续将这一技术迭代升级。

建立国内一流实验室和科研团队

位于成都的中国建筑西南设计研究院内,中国建筑西南设计研究院建筑新技术新材料创新孵化中心总工程师张卫东带领团队6名成员,正在实验室监测着环保新涂料的各项试验数据。

为贯彻落实国家“双碳”发展战略,中国建筑于“十四五”期间提出“绿色建筑”的企业发展理念。

“我们特地引进张卫东博士,授权其自主组建研发团队,以绿色产业化为主旨,根据市场需求自行确定研究方向,并以前所未有的资金力度,支持其建立起国内一流的实验室和科研团队。”江建端说,为加快科研成果的产业化进程,充分利用设计院的前端优势,集团同意张卫东研发团队意见,将实验室整体前移至中国建筑西南设计研究院,并持续予以雄厚的资金和政策支持。

2018年,在国家自然科学基金支持下,张卫东团队在实验室启动了零能耗自清洁日间被动辐射制冷涂料的科研攻关。

宽松而良好的科研环境,极大地激发起张卫东团队的创新热情。

基于扎实的专业知识,研究团队大胆尝试,经历无数次失败后,仅用3年时间,于2021年成功研发出“零能耗自清洁被动辐射制冷涂层”,可反射98.6%太阳热,还能自清洁,为世界首创。“根据不同基材和气候带,新涂料在夏季可为建筑物节约空调制冷能耗40%—71%。”张卫东说,与采用辐射功能的制冷镀银材料相比,每平方米成本下降63%。

原创性研制彩色日间被动辐射制冷涂料

“迄今为止,所有的日间辐射制冷材料均为炫目的白色,给人带来不同程度的光污染。”张卫东说,如果仅有单一的白色涂层,应用前景极其有限。

研发团队大胆提出创新理论,升级研究出一项世界原创技术,即彩色日间被动辐射制冷涂料,解开了表面颜色与太阳反射率之间的矛盾死结,原创性地研制出当今世界仅有的红、黄、蓝、橙、灰等彩色日间被动辐射制冷涂料,研究成果论文刊登于著名期刊《先进材料》,解决了涂料光污染和色彩单一问题。

在研发过程中,团队成员也在材料的性能方面追求着极致。

他们率先将超疏水/超疏油自清洁技术用于涂层体系,大幅提高了新材料的耐候性,耐加速老化测试大于1000小时,远超外墙涂料优质品不低于600小时加速老化测试的国家标准。同时,将红外辐射率提高到99.1%,产品性能再次刷新了世界纪录。“我们让涂层融合了白体吸热最少和黑体散热最好的优点,无论用在何处,确保了表面温度始终低于环境气温。” 研发团队博士薛晓说。

他们还解决了建筑自清洁问题。

建筑物面积超大,清洁是一项很大的工程。可否让新涂层材料不仅反射太阳辐射,还能实现自动清洁?研发团队从“出淤泥而不染”的荷叶获得灵感,创造性地在制冷涂层上面复合一层透明超疏水/超疏油自清洁面层,达到自动抵御一切污渍的目标。

技术延伸拓宽新涂料应用范围

成功将新涂层材料用在混凝土建筑上后,研究团队又将目光放在遍布各地的移动通讯基站、常温储粮仓库和交通安全设施等领域。

他们跨越千山万水,深入田间地头,短短几个月,从干燥的新疆喀什、宁夏银川到潮湿的四川各地;从寒冷的西藏拉萨到炎热的海南三亚,足迹遍及大半个中国。

通过将制冷涂料用于不同气候带的移动通讯基站上,技术人员收集到第一手数据,解决了应用的“最后一公里”,有效将基站表面和内部温度降低至环境气温以下,在保护设备和延长使用寿命的同时,节约空调制冷能耗30%—73%。

当制冷涂料用于常温储粮时,即使在不太炎热的五月,也可将麦子内部温度降低7.1℃,有效降低蒸发损耗和虫害,防止粮食结露和霉变,延缓粮食陈化和劣变速度,起到增产增收的功效。

得益于先进的技术和实用的性能,当前,中国建筑正加速该涂料在储能变电站、数据中心、低温粮库、冷冻库及各类化工和油气储罐上的工程示范应用。

这个范围还在扩大。“目前,研发团队正积极进行技术延伸,力争将其扩展应用到汽车、高铁及安全设施等领域,为服务‘双碳’目标提供技术支撑。”张卫东说。

党的十八大以来,习近平总书记多次强调走绿色低碳发展道路。作为世界最大的建筑企业,近年来,中国建筑瞄准绿色产品产业化方向,坚持科技引领,在政策、资金上为科研人员营造宽松的生态环境,通过营造适应科研的良好生态,持之以恒地进行科技创新,极大地激发出科研人员的创新热情,绿色低碳科技成果不断涌现。

中国新建建筑“绿色化”已超90%

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