水泥基辐射-蒸发协同冷却涂料：破解湿热气候下城市热岛效应的创新方案

《The Innovation》：Cement paint coupling radiation and evaporation against urban heat island

本研究针对传统被动冷却技术在湿热气候和建筑立面的局限性，开发了一种兼具辐射冷却（93%太阳反射率）和蒸发冷却（自补水功能）的水泥基涂料CCP-30。其通过C-S-H多孔结构和BaSO4/PVA-LiCl协同优化，在新加坡实地测试中实现最高140 W/m2的冷却功率及40%节电效果，为建筑节能与低碳城市提供突破性解决方案。

　　

随着全球城市化进程加速，混凝土和沥青等建筑材料大量取代自然地表，其高太阳吸收特性加剧了城市热岛效应。在气候变暖的叠加影响下，建筑热应力攀升、能源消耗激增，尤其湿热地区传统冷却技术效率骤减。例如辐射冷却虽在干燥气候表现优异，但在新加坡等高湿度环境性能退化，且其方向性限制难以适用于垂直立面；蒸发冷却虽能弥补辐射冷却的不足，但现有水凝胶存在膨胀脱落、耐久性差等缺陷。如何开发兼具高效冷却、环境适应性强且易于施工的材料，成为缓解城市热岛效应的关键挑战。

近期发表于《The Innovation》的研究中，南洋理工大学Hong Li团队提出一种水泥基冷却涂料CCP-30，通过理性设计热光学与传质特性，实现了辐射与蒸发冷却的协同增效。该研究主要采用以下技术方法：首先利用水泥水化反应构建钙硅酸盐水合物多孔网络，通过调控水灰比和BaSO₄纳米颗粒负载量优化太阳反射率与机械强度；其次引入PVA-LiCl复合体系增强氢键网络，实现自补水功能；最后通过新加坡多天气条件实地测试，量化节电效益与冷却功率。

材料设计与冷却机制

CCP-30以水泥水化生成的C-S-H为骨架，形成均匀微米级孔隙结构。BaSO₄纳米颗粒通过弱氢键增强颗粒密实度，并在C-S-H/空气界面引发米氏散射，使干态涂料太阳反射率达93%，长波红外发射率95%。PVA与LiCl的加入不仅抑制塑性收缩，还通过吸湿作用捕获降雨和大气水分，维持蒸发冷却的持续性。

性能验证与实地应用

在新加坡的实测中，CCP-30在维持室内26°C条件下冷却功率达140 W/m²，为高反射辐射涂料的3-10倍。其非方向性冷却特性使立面应用效率稳定，30-40%的节电效果在湿热天气中尤为显著。一个月连续测试显示，该涂料抗磨损性强，孔隙结构在干湿循环中保持完整。

该研究通过材料多尺度设计成功整合两种冷却路径，解决了湿热气候下被动冷却技术的核心瓶颈。CCP-30的自补水特性降低维护成本，水泥基材质适配现有施工流程，为热带城市建筑节能提供了可直接推广的方案。未来需进一步验证其在盐蚀、污染等极端环境下的长期耐久性，但本研究无疑为全球碳中和目标下的城市热管理开辟了新路径。