多波段选择性辐射调控膜的设计及制备
一、研究背景及意义我国现有高能耗住宅面积超过400多亿平米,这些建筑的冷却能耗平均是发达国家相应建筑的3倍,超过30%的建筑能耗应用于建筑冷却中,开展降低建筑冷却能耗的研究工作,已成为绿色建筑节能领域发展的必然趋势,具有重大的科学、经济和社会价值。目前,实现建筑冷却的主要途径包括:1、利用暖通设备;2、利用自然界低温物体。3、利用岩棉、矿渣棉等导热系数低的隔热材料作为墙体隔热层。存在能耗高、不环保等难点。与传统增强建筑的热传导和对流方式相比,辐射调控冷却具有无能源消耗、无环境污染、无操作媒介和操作便捷等优势(见图1A)。太阳辐射波段:太阳辐射(0.3~4μm)总功率密度可达1000Wm−2(图1B)。减少建筑太阳辐射吸收、增强建筑太阳辐射反射对于减少夏季建筑热量输入有着积极的作用。红外辐射波段:调控建筑红外辐射特性(4~20μm),尤其在大气窗口波段(3~5μm和8~13μm),增强建筑热量耗散(见图1C)。由于太阳辐射波段(0.3~3μm)与建筑红外辐射波段(4~20μm)的不重合,需对两个辐射波段实行选择性调控:最大限度的反射或散射太阳辐射;最大限度的提高建筑大气窗口波段辐射性能。图1(A)传统建筑热管理方式与辐射调控建筑冷却对比,(B)太阳辐射功率密度和(C)大气红外辐射波段透过率二、技术先进性1.本作品针对当前建筑散热能耗高、污染大等方面缺乏高效解决方案的研究空白,符合国家节能减排、绿色发展的战略,具有明显的前瞻性。2.选用纤维素为主要功能体,具有来源广泛、成本简单的优势。3.将建筑冷却从以高能耗的压缩机或热泵策略拓展为无能耗全天候(白天与夜晚)多波段辐射调控,可实现建筑墙体6℃的降温。图2辐射制冷膜宏观图及微观结构图3辐射制冷效果对比图三、成熟度已完成实验室的性能测试。四、知识产权情况已经授权相关专利3件,发表SCI论文5篇1.XuejieYue;TaoZhang*;DongyaYang;FengxianQiu*;GengyaoWei;HouZhou;MultifunctionalJanusfibroushybridmembraneswithsandwichstructureforon-demandpersonalthermalmanagement[J].NanoEnergy,2019,63:1-10.(热辐射方向,SCI一区Top期刊,IF:17.881)2.XuejieYue;HaiWu;TaoZhang*;DongyaYang;FengxianQiu*;Superhydrophobicwastepaper-basedaerogelasathermalinsulatingcoolerforbuilding[J].Energy2022,245:123287.(热辐射方向,一区Top期刊,IF:7.147)3.XuejieYue;TaoZhang*;DongyaYang;FengxianQiu*;GengyaoWei;YuanfeiLv;RobustJanusfibrousmembraneswitchableinfraredradiationpropertiesforpotentialbuildingthermalmanagementapplication[J].JournalofMaterialsChemistryA,2019,7(14):8344-8352.(热辐射方向,SCI一区Top期刊,IF:12.732)4.XuejieYue;MeiyingHe;TaoZhang*;DongyaYang;FengxianQiu*;Alaminatedfibrousmembraneinspiredbypolarbearpeltforoutdoorpersonalradiationmanagement[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2020,12(10):12285-12293.(热辐射方向,SCI一区Top期刊,IF:9.229)5.XuejieYue;TaoZhang*;DongyaYang;FengxianQiu*;ZhangdiLi;GengyaoWei;YuQiao;Agnanoparticlescoatedcellulosemembranewithhighinfraredreflection,breathabilityandantibacterialpropertyforhumanthermalinsulation[J].JournalofColloidandInterfaceScience,2019,535:363-370.(热辐射方向,SCI一区Top期刊,IF:8.128,ESI高被引论文)1.岳学杰,张涛,杨冬亚,邱凤仙,顾斌,戴玉婷,一种红外辐射Janus膜的制备方法及其应用于建筑节能[P],2019,中国,ZL201910171944.82.张涛,岳学杰,陈浩,杨冬亚,邱凤仙,徐吉成,一种人体保温用Janus红外辐射膜及其制备方法[P],2019,中国,ZL201910171933.X3.岳学杰,张涛,何美莹,杨冬亚,邱凤仙,李张迪,一种室外保温复合材料及其制备方法与应用[P],2020,中国,ZL202010021894.8五、预期效益共同实现辐射制冷膜的扩大生产。六、希望合作的企业类型太阳能利用、建筑新材料等相关企业。
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