曹教授與城大研究團隊。

全球暖化持續，不少人都會在天氣炎熱時選擇打開電風扇或冷氣，但使用電器的時間愈長，消耗的能源和排放的二氧化碳就愈多。香港城市大學（城大）在無電製冷領域不斷取得突破，最近更成功研發一種新型紅外線透明隔熱氣凝膠，配合低於環境溫度的日間輻射製冷材料（SDRC）使用，其降溫效果可額外提升最多 5.2°C。研究成果最近刊於《能源與環境科學》，題為「解耦太陽反射與熱輻射機制實現更強的建築輻射製冷」。

SDRC透過反射入射的太陽輻射，同時將熱量輻射至外太空，無需耗電即可降低表面溫度。但現有技術依賴單一曝露表面同時負責太陽反射與熱輻射，使深度輻射製冷效果容易受到寄生熱增益的影響。

由城大能源及環境學院副院長（國際事務及拓展）兼講座教授曹之胤教授領導的研究團隊，研發一種白色紅外線透明隔熱氣凝膠（WITA），可將太陽光反射功能與熱輻射散熱功能解耦。團隊以一種簡化的單步溶劑交換法製備WITA，創新地採用超高分子量聚乙烯作為基材。與常用的高密度聚乙烯相比，超高分子量聚乙烯具有更高的纏結密度及更強的物理交聯能力，因此有助維持氣凝膠三維多孔結構的穩定性。WITA展現高效光學性能：大氣窗透射率最高可達94.5%，太陽反射率達96.6%。

團隊並建立一套多尺度光學－熱學模型，整合WITA中的光散射與熱傳輸機制，將材料配方直接連結光譜響應及製冷性能。經實驗驗證，該模型可根據材料組成及厚度等參數，預測WITA的製冷性能，從而找出特定基材及氣候條件下的最佳設計。

研究團隊進一步建立一套納入WITA性能參數的建築能源模型，並在香港及阿布扎比的戶外環境進行實驗，證實商業白色塗層及SDRC塗層上採用WITA均能進一步降溫。在香港的戶外環境，使用WITA的SDRC塗層，相比SDRC單獨塗層，降溫效果可額外提升最多5.2°C；而在阿布扎比的極端乾熱沙漠氣候下，使用WITA的SDRC塗層的降溫效果在長時間下仍優於SDRC單獨塗層。

  研究團隊以建築能源模型模擬分析一棟四層住宅建築的全年能耗，結果顯示採用WITA的SDRC屋頂可進一步減少耗電量。以阿布扎比為例，SDRC屋頂相較傳統屋頂每年節省14.6吉焦耳電能；而採用WITA可將SDRC的節能效益進一步提高約55%。 WITA不僅能高效降溫，同時亦耐用及安全，團隊使用WITA的SDRC材料，於40°C紫外線輻射連續測試75天（相當於香港約兩年的戶外紫外線曝曬量），測試結果顯示太陽反射率及大氣窗透射率幾乎維持不變，顯示材料具有優異的長期耐久性，適合於戶外長期使用。 此外，WITA亦具備良好的疏水能力，設計有助防止雨水污染並具備自潔特性；加入商用阻燃劑後，WITA在火焰接觸時只會收縮而不會燃燒。與現有有機SDRC材料相比，WITA同時兼具更佳製冷性能與更優越的消防安全表現。研究團隊更成功開發紅色、黃色及藍色WITA，著色後仍無減性能，同時為建築外觀營造變化。 曹教授表示：「這項研究不僅提出一種高效的輻射製冷材料，更建立了一套由材料設計延伸至建築節能效益評估的預測框架。透過連結材料配方、製冷性能與實際能源效益，我們希望加快被動式製冷技術從實驗室邁向廣泛應用，降低建築能源消耗，並為應對全球暖化和城市熱島效應帶來新的解決方向。」 是次研究由城大與西安交通大學合作完成，通訊作者包括曹教授、城大能源及環境學院林凱昕教授，以及西安交通大學能源與動力工程學院何雅玲教授。