针对大规模电池储能系统的全面技术经济性能评估框架：预期值与实际值偏差的分析及案例研究

《Sustainable Energy Technologies and Assessments》：A comprehensive techno-economic performance assessment framework for large-scale battery energy storage systems: Analysis of Expected–Actual deviations and case study

温度自适应辐射冷却涂层通过热致变色粉末实现光性能随温度变化，红外发射率和太阳能反射率分别提升至0.94和0.76，临界温度25°C时全年节能效果优于传统被动日间辐射冷却涂层。

　　温度适应性辐射冷却（TARC）技术是近年来在建筑节能领域备受关注的一项创新成果。随着全球对碳中和目标的日益重视，建筑行业面临着如何在减少能源消耗的同时满足日益增长的取暖和制冷需求的挑战。传统被动式日间辐射冷却（PDRC）材料虽然在降低能耗方面表现出色，但其在全年都处于冷却状态，导致在冬季取暖时需要额外的能源输入，从而抵消了部分节能效果。因此，TARC材料应运而生，其特点在于能够根据环境温度的变化自动切换冷却与加热状态，从而在不同季节和气候条件下实现更全面的能源管理。

TARC材料的核心在于其对温度变化的响应能力。这种响应能力通常由热致变色材料（如二氧化钒，VO?）实现。VO?是一种具有特殊热致变色特性的材料，当其温度低于临界温度时，呈现出绝缘体特性，而当温度高于临界温度时，转变为金属态。这种特性使得VO?能够在不同的温度条件下调整其对太阳光和红外辐射的吸收与发射能力，从而实现温度适应性的辐射冷却功能。然而，VO?的临界温度通常较高，大约在68°C左右，这在实际建筑应用中并不理想。因此，研究者们通过掺杂其他元素（如钨、锡等）来降低其临界温度，使其更适合在室温范围内使用。此外，VO?材料的制备过程往往涉及复杂的工艺步骤，如喷涂、沉积和高温退火等，这不仅增加了成本，还可能带来一定的安全风险。因此，寻找一种更简单、更安全的TARC材料成为当前研究的重点。

除了基于VO?的TARC材料，另一种备受关注的TARC材料是基于水凝胶的。水凝胶因其制备过程相对简单、无需高温处理，以及其较低的相变温度而受到青睐。通过自由基聚合等方法，水凝胶可以被设计成在特定温度范围内发生相变，从而改变其对光的吸收和透射特性。例如，一些研究显示，通过在水凝胶中掺杂银纳米棒或其他纳米材料，可以显著提高其对太阳光的调控能力。这些水凝胶材料在相变过程中能够有效阻挡红外辐射，同时允许可见光透过，从而实现节能效果。然而，水凝胶材料在液态状态下需要密封处理，这在实际应用中可能带来一定的限制。此外，由于水凝胶依赖于水的吸收与释放来调节其光学性能，长期使用可能会导致其结构疲劳，进而影响其性能和寿命。

为了克服基于VO?和水凝胶的TARC材料在制备和应用上的局限性，本研究提出了一种新型的TARC涂层，其关键在于使用热致变色粉末作为增强材料。这种材料不仅能够实现温度适应性的冷却和加热功能，而且其制备过程相对简单，无需复杂的掺杂和高温处理。此外，由于其非液态的特性，这种TARC涂层在使用过程中不会发生泄漏，提高了其在建筑环境中的安全性。通过实验验证，这种新型TARC涂层在不同环境温度下表现出优异的性能，其在冷却状态下的中红外发射率和太阳能反射率分别从0.89提升至0.94，以及从0.62提升至0.76。这一性能的提升意味着其在白天能够更有效地散发热量，从而降低建筑内部的温度，减少空调使用需求。

在加热状态下，这种TARC涂层同样表现出良好的性能。实验结果显示，在一个有加热需求的白天，该涂层能够实现7.4°C的超环境温度，并且在加热状态下表现出43.8 W/m2的平均加热功率。这一特性使得该涂层不仅在夏季能够发挥冷却作用，而且在冬季也能有效调节室内温度，减少取暖能耗。相比之下，传统的PDRC材料在全年都处于冷却状态，导致在冬季取暖时需要额外的能源输入，从而抵消了部分节能效果。而这种新型TARC涂层能够在不同季节自动切换功能，实现更全面的节能目标。

此外，本研究还通过对比分析，揭示了该TARC涂层在建筑应用中的巨大潜力。在模拟和实验中，该涂层的节能效果显著优于传统PDRC材料。特别是在高太阳辐射条件下，该涂层能够有效阻挡红外辐射，同时允许可见光透过，从而降低建筑内部的温度，减少空调和取暖设备的使用频率和能耗。这种性能的提升不仅有助于降低建筑的能源消耗，还能够减少碳排放，为实现碳中和目标提供有力支持。

从实际应用的角度来看，这种新型TARC涂层具有广泛的适用性。它不仅可以用于建筑外墙，还可以用于窗户、屋顶等需要调节温度的部位。通过将这种涂层应用于建筑物的表面，可以显著改善其热性能，从而在不同气候条件下实现节能目标。例如，在高温和强日照的地区，该涂层能够在白天有效降低建筑内部温度，减少空调使用；而在低温和弱日照的地区，其在夜间能够有效散发热量，减少取暖需求。这种温度适应性的特点使其成为应对气候变化和能源需求波动的理想选择。

与此同时，这种TARC涂层的制备过程也具有显著的优势。与传统的VO?基TARC材料相比，其制备不需要高温退火或其他复杂的处理步骤，从而降低了生产成本和环境风险。此外，由于其非液态的特性，该涂层在使用过程中不会发生泄漏，进一步提高了其在建筑环境中的安全性和稳定性。这些优势使得该涂层在实际应用中更具可行性，尤其是在大规模建筑改造和新建筑建设中。

从长远来看，这种TARC涂层的应用将有助于推动建筑行业向更加可持续和智能化的方向发展。随着全球对节能减排和环境保护的重视，建筑节能技术的需求将持续增长。而这种新型TARC涂层不仅能够满足这一需求，还能够通过其温度适应性特点，为建筑提供更加灵活和高效的温度调节方案。此外，该涂层的性能优化也为未来的智能建筑技术提供了新的思路和方向。

综上所述，本研究提出了一种基于热致变色粉末的新型TARC涂层，其在冷却和加热状态下均表现出优异的性能。通过实验和模拟分析，该涂层能够有效降低建筑的能源消耗，并减少碳排放。与传统的PDRC材料相比，该涂层在全年都能适应不同的温度需求，从而实现更全面的节能效果。此外，其简单的制备过程和良好的安全性使其在实际应用中更具优势。未来，随着技术的进一步发展和推广，这种TARC涂层有望成为建筑节能领域的一项重要创新，为实现碳中和目标提供有力支持。