全球暖化持续，不少人都会在天气炎热时选择打开电风扇或冷气，但使用电器的时间愈长，消耗的能源和排放的二氧化碳就愈多。香港城市大学（城大）在无电制冷领域不断取得突破，最近更成功研发一种新型红外线透明隔热气凝胶，配合低于环境温度的日间辐射制冷材料（SDRC）使用，其降温效果可额外提升最多 5.2°C。研究成果最近刊于《能源与环境科学》，题为“解耦太阳反射与热辐射机制实现更强的建筑辐射制冷”。

SDRC透过反射入射的太阳辐射，同时将热量辐射至外太空，无需耗电即可降低表面温度。但现有技术依赖单一曝露表面同时负责太阳反射与热辐射，使深度辐射制冷效果容易受到寄生热增益的影响。

由城大能源及环境学院副院长（国际事务及拓展）兼讲座教授曹之胤教授领导的研究团队，研发一种白色红外线透明隔热气凝胶（WITA），可将太阳光反射功能与热辐射散热功能解耦。团队以一种简化的单步溶剂交换法制备WITA，创新地采用超高分子量聚乙烯作为基材。与常用的高密度聚乙烯相比，超高分子量聚乙烯具有更高的缠结密度及更强的物理交联能力，因此有助维持气凝胶三维多孔结构的稳定性。WITA展现高效光学性能：大气窗透射率最高可达94.5%，太阳反射率达96.6%。

团队并建立一套多尺度光学－热学模型，整合WITA中的光散射与热传输机制，将材料配方直接连结光谱响应及制冷性能。经实验验证，该模型可根据材料组成及厚度等参数，预测WITA的制冷性能，从而找出特定基材及气候条件下的最佳设计。

研究团队进一步建立一套纳入WITA性能参数的建筑能源模型，并在香港及阿布扎比的户外环境进行实验，证实商业白色涂层及SDRC涂层上采用WITA均能进一步降温。在香港的户外环境，使用WITA的SDRC涂层，相比SDRC单独涂层，降温效果可额外提升最多5.2°C；而在阿布扎比的极端乾热沙漠气候下，使用WITA的SDRC涂层的降温效果在长时间下仍优于SDRC单独涂层。

研究团队以建筑能源模型模拟分析一栋四层住宅建筑的全年能耗，结果显示采用WITA的SDRC屋顶可进一步减少耗电量。以阿布扎比为例，SDRC屋顶相较传统屋顶每年节省14.6吉焦耳电能；而采用WITA可将SDRC的节能效益进一步提高约55%。

WITA不仅能高效降温，同时亦耐用及安全，团队使用WITA的SDRC材料，于40°C紫外线辐射连续测试75天（相当于香港约两年的户外紫外线曝晒量），测试结果显示太阳反射率及大气窗透射率几乎维持不变，显示材料具有优异的长期耐久性，适合于户外长期使用。

此外，WITA亦具备良好的疏水能力，设计有助防止雨水污染并具备自洁特性；加入商用阻燃剂后，WITA在火焰接触时只会收缩而不会燃烧。与现有有机SDRC材料相比，WITA同时兼具更佳制冷性能与更优越的消防安全表现。研究团队更成功开发红色、黄色及蓝色WITA，著色后仍无减性能，同时为建筑外观营造变化。

曹教授表示：“这项研究不仅提出一种高效的辐射制冷材料，更建立了一套由材料设计延伸至建筑节能效益评估的预测框架。透过连结材料配方、制冷性能与实际能源效益，我们希望加快被动式制冷技术从实验室迈向广泛应用，降低建筑能源消耗，并为应对全球暖化和城市热岛效应带来新的解决方向。”

是次研究由城大与西安交通大学合作完成，通讯作者包括曹教授、城大能源及环境学院林凯昕教授，以及西安交通大学能源与动力工程学院何雅玲教授。