理工大學建築環境及能源工程學系研發自適性環保輻射製冷納米塗層,用在建築物天台和外牆,能有效降低表面溫度最多攝氏 25 度攝氏。室內溫度藉此可降低攝氏 2 度至 3 度,再調高冷氣溫度可節省能源費。這塗層有如一般外牆油漆,具備水溶性特質不含有機化合物,避免污染空氣。
負責該項目研究的教授呂琳指出,業界研發降溫的方向以材料為主,然而一般採用被動式輻射製冷降溫,不能根據環境變化自動調節製冷量。團隊開發的新技術由「碳量子點」(Carbon Dots)驅動的光致發光輻射製冷納米塗層,能因應太陽輻射量,自動調節製冷量。
呂琳稱,光致發光輻射製冷塗層利用光致發光材料將太陽能轉化為光能,太陽光度愈大,塗層的太陽光反射率愈高,避免建築物吸收過量熱力。塗在外牆和天台上,有助建築物自我調節熱環境,也能降低室內溫度。
實驗結果顯示,與傳統輻射製冷塗層相比,新型塗層可將日間的有效太陽能反射率由 92.5% 提升至 95%,冷卻效果比傳統塗層高 10% 至 20%。例如於混凝土天台採用可降溫攝氏 25 度。
由碳量子點驅動的光致發光材料跟傳統物料最大的分別在於不污染環境。呂琳表示,傳統光致發光材料屬於稀土金屬和鈣鈦礦,碳量子點採用納米大小的環保有機合成物。塗在中空的玻璃微珠表面製成智慧製冷球,令塗層將紫外線轉換成可見光光子,提升太陽能反射率。
測試降低表面溫度 25°C
這技術在特區政府的機電工程署測試,團隊在地盤的貨櫃屋屋頂塗上輻射製冷塗層。兩年半下來,貨櫃屋屋頂比一般混凝土屋頂溫度降低攝氏 25 度。測試期至今,塗層的太陽能反射率只降低少於 2%。團隊推算,該貨櫃屋藉著新型塗層降溫,減低冷氣負荷,每年可節省約 10% 冷氣耗電量。
呂琳強調,新型塗層具水溶性特點,使用時只需等待水分蒸發及凝固,便可形成塗層覆蓋在建築物表面,過程不會釋放任何揮發性有機化合物,減少空氣污染。
研究團隊核心成員博士後研究員龔權表示,新型塗層使用時跟一般外牆油漆相近,可製成多種顏色,以滾刷大幅塗抹在建築物天台和外牆。現時成平約每平方米 12 港元,日後若大量生產預計可降低成本。
對於將項目商業化,呂琳指出要先專注研究技術和發表論文,或稍後交由知識轉移部門協助申請專利,甚至成立創業公司轉為產品推出市場。
塗層配雙面太陽能板增發電量
研究團隊目前又有將塗層擴大用途的研究,如配合雙面太陽能發電板吸收由塗層所反射的可見光用於發電。這研究獲理大碳中和科研基金撥款,在院校九龍塘學生宿舍天台試用。在雙面的太陽能發電板之下的天台,油上新型塗層。團隊預期,發電量可提高 30% 至 50%,碳排放減少 30%。宿舍天台可安裝太陽能發電板約 600 平方米,推算可產生 97,000 千瓦小時電量,相當每年 12 萬港元電費。
團隊又研究利用石蠟基開發動態自適輻射製冷納米塗層,能因應寒冷及炎熱天氣,維持適當的太陽能反射率,達到冬天保暖、夏天降溫的效果。
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