制冷泡沫

一个德中科研团队希望通过一种创新的制冷泡沫来减轻城市中气候变化的影响。

China
picture alliance/dpa

气候变化使城市的温度不断上升。在2019年发布的一项研究中,苏黎世瑞士联邦理工学院的科学家们模拟了全球520个城市到2050年的高温发展趋势并得出结论:即使全球气温仅适度上升,也会使77%的城市热到改变他们的气候区。若此,哥本哈根的葡萄园和罗马的沙漠热浪将是可想象的了。在德国首都柏林,夏天可能变得和现在澳大利亚堪培拉一样炎热,这意味着气温将升高6度以上。在像巴黎这样建筑特别密集的大都市,居民不得不准备在不远的将来应对高达50度的室外温度。

我们应该建造能反射太阳光的建筑物外墙。

付宇博士教授

用空调制冷不是一个解决方案。相反:正如人们从美国和中国等国家了解到的,这些国家的城市正在大规模使用空调设备,这只会加剧这个问题。它们消耗大量能源,并把多余的热空气散发到马路上,导致楼谷温度进一步上升。“在炎热湿润地区还有一个问题,就是白天时太阳会加热制冷材料”,来自上海以西约300公里的南京林业大学付宇博士教授说:“把建筑物外墙建造得能反射太阳光会更有效。”

付宇与哥廷根大学林学与森林生态系张凯博士教授共同研发了一种以纤维素-纳米晶体为基础的泡沫材料,在建筑物上涂上一层薄薄的材料,以使其在强烈阳光照射下保持凉爽。“这个研发一种生物材料制冷的想法,是2021年一个中国博士生带到我在哥廷根大学科研团队的” ,张凯说:“那是这个项目的开始。”

这两所大学之间多年来一直有着紧密的合作。“我们中一些人从事非常类似的项目研究或者在同一个研究领域,相互积极交流新的研究成果”,张凯说。研发一种新型制冷材料的想法正好来自中国,对此他不觉得惊讶。“我们已经看到在中国的特大型城市,如重庆,拥有两千多万人口,夏天不得不忍受超过40度的高温。在那些地方目前完全依赖空调才能在如此高温下生活和工作。”

所谓的CNC-气凝胶(交联纤维素纳米晶体)由纤维素纳米晶体组成,具有一种能反射96%太阳光的超白结构,92%的红外线发射效率也特别有利于显著的制冷效果,这个数值表示一种材料辐射热量的程度。该材料的导热性又极低,也就是说,它本身实际上不会发热。据研究者称,在阳光的直射下降温幅度可达9.2度,即使在炎热潮湿的环境中也能达到7.4度。

通过白色的墙减少热量,这是最近许多城市用来保护自己免受夏季炎热的一种策略。在德国最炎热的城市之一卡尔斯鲁厄(Karlsruhe),公共广场和楼宇只能采用浅色的建筑设计,房屋的墙壁尽可能刷成白色。美国宇航局(NASA)的一篇报道显示,白色屋顶与黑色屋顶的温差可高达23摄氏度。在纽约,“凉爽屋顶”倡议(Initiative Cool Roofs)已经将50多万平方米的屋顶涂成了白色。通过这种方法,可以节省10%到最多30%的降温能源费用。

气凝胶这项新的研发成果在这方面的数据更佳。根据研究者的测算,在完全覆盖屋顶和外墙的情况下,降温能源费用可省35%以上。“更重要的是,CNC-气凝胶可通过它的弹性实现动态可变的冷却性能”,张凯解释说。这可以通过不同的压缩程度来实现。“纳米晶体气凝胶被压缩得越紧,冷却能力就越低,反之亦然。”这种厚约1厘米的泡沫不仅能包裹住整个建筑物,而且还可以用作直接在阳光直射下工作的户外小型设备的冷却层。这种气凝胶也可以用作生鲜食品运输的保护材料。

© www.deutschland.de