锯齿状墙体让建筑更凉爽

本报讯 一种锯齿状的墙体结构设计，可以使墙体温度比普通墙体低3℃，从而有效减少建筑内制冷系统的能源消耗，遏制全球变暖。8月9日，相关研究发表于开放获取期刊Nexus。

美国哥伦比亚大学的Qilong Cheng说：“这种设计可以让我们的建筑更凉爽，从而降低制冷的能耗。”

随着全球气温升高，空调的使用量激增。到2050年，制冷产生的温室气体排放量可能是当前的3倍以上。因此，许多团队正在努力开发无须消耗能源的被动制冷方案。

例如，将屋顶涂成白色以反射更多阳光，就可以使建筑和城市更凉爽。如果屋顶涂有能反射更多阳光且在大气透射窗口发射红外辐射的材料，效果会更加显著。大气透射窗口是指太阳辐射光不会被大气中二氧化碳等分子吸收的波段范围。Cheng说，在这个波段内发射的红外辐射可以穿透大气层并到达外太空。

虽然具有以上特性的材料用于朝上的屋顶时有显著的降温效果，但将其用于墙体的效果却没那么理想。原因是，能够发射红外辐射的材料也同样可以吸收红外辐射，而墙体附近如混凝土路面等区域会辐射大量红外热量。

Cheng及其团队提出的解决方案是在墙体上设计一系列与地面平行的凸起，从侧面看呈锯齿状，可以将其想象成一段从45度向上倾斜到90度的楼梯。

向上的锯齿（即楼梯的台阶）表面可以向大气透射窗口发射大量热量，而向下和向外的锯齿（即楼梯的立板）表面能够反射红外能量，而不是吸收它。

为了验证这一想法，该团队建造了一个1米高的模型——既有锯齿状墙面，也有普通的平坦墙面。夏天时，该模型被放置在美国新泽西州的户外，结果显示，锯齿状墙面的24小时平均温度比平坦墙面低2℃，而在下午1至2点则低了3℃。

Cheng表示，具备所需特性的廉价材料有很多，现有建筑也可以通过加装波纹板进行改造。其室内降温效果会因其他因素而有所不同，例如建筑窗户的大小，但模拟表明降温最高为2℃，并能减少多达1/4的制冷能耗。

不过，这种锯齿状墙体只适用于炎热的气候，因为它们在寒冷地区的冬季会增加供暖需求。但Cheng和同事还提出了另一种“鳍片”设计，可以在冬天升起以增加热量吸收，在夏天降下以减少热量吸收。（冯雨晴）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.ynexs.2024.100028