随着全球能源结构向低碳化与可持续发展的转型，建筑领域的能源消耗问题日益受到关注。其中，制冷需求在总能耗中的占比持续上升，推动高效节能冷却技术的发展成为研究热点。辐射冷却作为一种无需额外能量输入、可通过向外太空辐射热量实现亚环境温度冷却的技术，因其被动性与节能潜力而受到广泛关注。然而，在实际应用中，辐射冷却系统通常依赖较大的安装面积，且其对太阳辐射的高反射特性使其难以与光伏或其他太阳能利用技术协同工作，从而在有限空间条件下制约了系统效率的进一步提升。为解决上述问题，本研究提出了一种亚环境透明辐射液冷系统（STRLC），并系统开展了材料选择、光学特性分析及户外实验验证。该系统通过采用近红外低吸收的硅油作为工作介质，实现了对太阳辐射的高透过与中红外高发射的协同优化。在实际测试中，该系统在白天可实现低于环境温度2.4 °C、夜间低于环境温度5.1 °C的冷却效果，同时可透过约66.3%的太阳能用于后续利用。该策略有望在同一空间内实现冷却能与太阳能的协同获取，为建筑节能与多能利用提供一种高效可行的解决方案。相关工作以Sub-ambient transparent radiative liquid cooling system enabling simultaneous solar energy utilization为题发表在Energy Convers. Manage.期刊。
本研究提出了一种亚环境透明辐射液体冷却系统（STRLC），通过同时利用辐射冷却与太阳能透射实现同一面积内的高效冷却与能源综合利用。研究首先阐述了STRLC系统的工作原理与能量流动机制，如图1所示，该系统可在同一物理区域同时实现亚环境液体冷却和太阳能透射利用。图2详细展示了户外实验装置的结构与测试布置，包括面板组成、隔热措施、传感器配置及首尔屋顶测试环境。在此基础上，通过光学性能表征分析了不同玻璃材料在紫外-可见-近红外及中红外波段的吸收与发射特性，图3表明硼硅玻璃与硅油为最佳组合，总太阳吸收率仅2.8%、总半球发射率达79.4%。进一步通过户外实验验证了系统的亚环境降温能力，图4呈现了白天降温2.4°C和夜间降温5.1°C的结果，同时测得透射太阳辐照度占入射66.3%，冷却功率密度达70至100 W·m⁻²。图5展示了该系统与光纤日光照明及蒸汽压缩制冷系统的集成方式，并估算了在首尔大型办公楼中的月度冷却与照明节电量，最高分别节省93.4 MJ·m⁻²·月⁻¹和370 MJ·m⁻²·月⁻¹。最后，图6将系统性能推广至全球不同气候区，绘制了冷却与照明节电的全球分布图，表明其在暖干、高太阳辐照地区如中东、北非及美国西南部具有最佳应用潜力。
图1：STRLC系统的概念与工作原理示意图。(a) STRLC系统整体结构示意图；(b) STRLC系统层级下的整体能量流动与传递过程示意图。
图2：辐射冷却面板户外性能测试的实验装置示意图。(a)测试面板结构及测试系统配置示意图；(b)韩国首尔屋顶测试场地中面板及其实验装置的实物图。
图3：辐射冷却器的光学性能表征。(a)石英玻璃、低铁玻璃和硼硅玻璃在紫外–可见–近红外波段的光谱吸收率，图中同时给出了归一化的AM 1.5G太阳光谱作为参考；(b)三种玻璃的光谱半球发射率，并与大气透过率及归一化黑体辐射强度进行对比；(c)石英玻璃、低铁玻璃和硼硅玻璃的总定向发射率；(d)三种玻璃的总太阳吸收率与总半球发射率对比分析。
图4：辐射冷却器在室外条件下的性能评估。(a)白天随时间变化的环境温度、冷却器内硅油温度以及垂直于面板的太阳辐照强度；(b)面板上的入射与透射太阳辐照强度；(c)冷却功率密度随冷却器内硅油与环境空气温差变化的实验与模型结果对比。
图5：STRLC系统的潜在应用场景。(a)太阳透过型辐射冷却与太阳能利用的概念示意图；(b) STRLC系统与光纤导光照明系统结合于建筑中的示意图；(c)STRLC系统与蒸汽压缩制冷系统集成的示意图；(d)环境温度为32℃时的蒸汽压缩循环压力–焓图，不同曲线对应实现10 kW制冷功率时的不同储液罐温度；(e,f) STRLC系统结合光纤导光照明系统后单位面积面板的月度节电量及节能率估算，其中(e)为制冷节电量，(f)为照明节电量。
图6：STRLC系统与光纤导光照明系统结合实现的全球年度节电量估算分布图。(a)制冷节电量；(b)照明节电量。
小结：本研究提出了一种亚环境透明辐射液体冷却系统STRLC，能够在同一面积内同时实现液体亚环境冷却与太阳能透射利用，无需切换模式且具备高效的能源综合管理能力。该系统选用硅油与硼硅玻璃作为核心材料，总太阳吸收率仅为2.8%，总半球发射率达到79.4%，在无需真空或复杂遮阳机制的条件下，实现了白天降温2.4 °C、夜间降温5.1 °C的亚环境冷却性能。通过户外实验验证，系统冷却功率密度达70至100 W/m²，同时透射了66.3%的入射太阳能，为太阳能同步利用提供了基础。当与光纤日光照明系统和蒸汽压缩制冷循环集成应用于首尔大型办公楼时，该系统可分别降低冷却用电10.0%和照明用电47.6%，对应每年每平方米面板节省0.244 GJ冷却电量和3.57 GJ照明电量。在全球气候区分析中，该策略在暖干、高太阳辐照地区如中东、北非及美国西南部展现出最优节能效果，表明其具备跨气候区的广泛适用性。本研究为建筑屋顶空间受限条件下实现高效冷却与太阳能协同利用提供了一条可行、高效且可扩展的解决路径。
论文信息：Kim S H, Kim S G, Xu R H, et al. Sub-ambient transparent radiative liquid cooling system enabling simultaneous solar energy utilization. Energy Conversion and Management. 2026: 121410. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2026.121410.
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