零能耗降溫6.1℃！新型透明車窗膜讓汽車在烈日下自動散熱

炎炎夏日，經(jīng)過陽光長時間暴曬的汽車座艙往往會變成一個“大烤箱”，打開車門瞬間涌出的熱浪是許多駕駛者避之不及的“痛苦”體驗。為了快速降溫，車載空調(diào)往往需要滿負荷運轉(zhuǎn)，這不僅消耗大量燃油或電量，也嚴重縮短了電動汽車的續(xù)航里程。

圖 | 看到照片都感覺身上熱熱的（來源：Unsplash）

現(xiàn)有的降溫汽車貼膜或鍍膜技術(shù)，大多停留在“阻擋”外部熱量進入的階段，卻對車內(nèi)已經(jīng)積聚的熱量束手無策。近期，一種新型“零能耗”車窗薄膜技術(shù)或?qū)榻鉀Q這一夏日出行痛點提供全新的物理學方案。

近日，韓國首爾大學（SNU）機械工程系的 Seung Hwan Ko 教授團隊、美國麻省理工學院（MIT）陳剛（Gang Chen）教授團隊，聯(lián)合現(xiàn)代汽車與起亞汽車的工程師團隊，結(jié)合光學與納米工程，設計出一款新型多層薄膜。

將其貼在車窗，它就可以像“隱形空調(diào)”一樣，在保證高透光率的前提下持續(xù)為車廂散熱，同時還不消耗任何電能。研究論文已經(jīng)發(fā)表在英國皇家化學學會旗下頂級期刊《能源與環(huán)境科學》（Energy & Environmental Science）上。

被忽視的座艙“溫室效應”，成了電動汽車的能耗黑洞

汽車玻璃與地球大氣層在熱力學原理上有些類似：二者都對短波的可見光高度透明，卻對長波的熱輻射（紅外線）形成阻擋。陽光穿透車窗進入車廂，加熱內(nèi)飾、座椅、儀表盤等各種材料；這些被加熱的物體隨即以熱輻射形式放熱，但由于車窗阻擋，熱量無法逸散，由此形成溫室效應，使車內(nèi)溫度迅速升高。

在極端情況下，車內(nèi)空氣溫度比外界環(huán)境高出 20 至 30°C 的情況相當普遍；在中東、南亞等熱帶地區(qū)，實測車內(nèi)氣溫最高可突破 67°C。這種高溫會對車內(nèi)人員安全構(gòu)成直接威脅：兒童或?qū)櫸锉贿z忘在高溫車內(nèi)致死的案例并不罕見。而且還會導致內(nèi)飾材料加速老化，釋放苯等揮發(fā)性有機物，損害車內(nèi)空氣質(zhì)量。

對駕駛體驗而言，暴曬后的高溫讓駕駛員進入車內(nèi)后，不得不將空調(diào)調(diào)至最強檔運轉(zhuǎn)，而且需要很長時間才能將車內(nèi)溫度降至舒適區(qū)間。過程難熬不說，還消耗了大量能源。對于已經(jīng)較為普及的電動汽車而言，這一問題尤為突出，續(xù)航里程甚至會因此縮短近兩成。

目前，市面上主流的汽車隔熱方案主要有兩種：低輻射（Low-E）涂層和傳統(tǒng)的隔熱防爆膜。Low-E 涂層通常是在玻璃表面沉積一層極薄的金屬（如銀），以此來減少熱傳遞；后者則通過反射或吸收部分太陽能來發(fā)揮作用。

圖 | Low-E 涂層玻璃的構(gòu)成和原理（來源：APRO）

然而，這些傳統(tǒng)方案存在一個共同短板：它們的作用機制是“單向”的。它們確實能夠部分阻擋外部太陽輻射進入車內(nèi)，但對于已經(jīng)穿透車窗、被車內(nèi)座椅和內(nèi)飾吸收并轉(zhuǎn)化為熱能的熱量，這些薄膜往往會起到“保溫罩”的反作用，無法有效散發(fā)車內(nèi)已經(jīng)積聚的熱量。

“零能耗”黑科技：四層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)被動散熱

為了克服這一局限，輻射制冷技術(shù)成為近年來備受學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的方向。其原理在于，地球大氣在波長約 8 至 13 微米的中紅外范圍內(nèi)存在一個“大氣透射窗口”，處于這一波長范圍內(nèi)的熱輻射可以直接穿透大氣層，逃逸至外太空。地球表面溫度約為室溫的物體，恰好在這一波段具有較強的熱輻射，從而可將熱量“傾倒”至宇宙空間，，從而實現(xiàn)無需電力的被動降溫。

（來源：AI 生成）

數(shù)百年前，中東、北非和印度等地區(qū)的人們就知道利用輻射制冷效應：在晴朗夜晚將盛水的淺槽暴露于天空，即便環(huán)境氣溫從未低于冰點，水也會結(jié)冰。

然而，絕大多數(shù)此前開發(fā)的輻射制冷材料都是不透明的，如白色涂料、陶瓷薄膜、金屬聚合物雙層膜等。這些材料可以應用于建筑屋頂、冷藏車廂外壁等場合，卻無法用于需要保持良好視野的車窗。

車窗是車輛熱量輸入的主要通道，也是排出車內(nèi)積熱的潛在通道。要在保持高度透明的前提下，同時實現(xiàn)對太陽近紅外輻射的反射和對車內(nèi)熱量的中紅外輻射排放，在光學材料設計上是一項極具挑戰(zhàn)性的任務。

但這次，研究人員通過精密的納米制造技術(shù)和材料科學，成功在“透明度”與“散熱性”之間找到了完美的平衡，研發(fā)出一款名為可規(guī)模化透明輻射制冷薄膜（STRC）的多層結(jié)構(gòu)材料，它采用四層結(jié)構(gòu)，在單一材料體系中同時實現(xiàn)了三種不同波段的光學功能。

首先，薄膜保持了超過 70% 的高可見光透過率，這滿足了全球大多數(shù)國家對于汽車玻璃（尤其是前擋風玻璃）的法規(guī)要求，確保了駕駛者的視線清晰與車內(nèi)采光。

由于太陽輻射中的大部分熱量集中在近紅外波段，該薄膜能夠像鏡子一樣，選擇性地將這部分產(chǎn)生熱量的太陽光反射出去，從源頭上減少熱量輸入。

對于已積累在車內(nèi)的熱量，STRC 薄膜還有一個區(qū)別于傳統(tǒng)隔熱膜的核心功能：中紅外發(fā)射。它能將車內(nèi)物體散發(fā)的熱量，高效地轉(zhuǎn)化為中紅外輻射散發(fā)到車外環(huán)境中，直接實現(xiàn)被動散熱。

（來源：https://doi.org/10.1039/D5EE06609C）

走出實驗室：嚴苛的全球真車實測

為了在真實環(huán)境中驗證這一技術(shù)的有效性，研究團隊將 STRC 薄膜安裝在真實的轎車車窗上，選擇了韓國、美國和巴基斯坦這三個具有不同氣候特征的地區(qū)，并在夏季/冬季、車輛靜止停放/動態(tài)行駛等多元場景中進行了系統(tǒng)性的實車性能評估。

結(jié)果顯示，由于車內(nèi)初始溫度大幅降低，且薄膜持續(xù)被動散熱，車輛啟動空調(diào)后的制冷能耗減少了 20% 以上。

對于車友們最關(guān)心的車內(nèi)溫度，基于真車數(shù)據(jù)的模擬顯示，在夏季暴曬環(huán)境下，配備 STRC 薄膜的車輛，其座艙內(nèi)部溫度最高可降低 6.1°C。開啟空調(diào)后，車內(nèi)達到人體熱舒適標準所需的時間縮短了約 17 分鐘，極大地改善了駕乘體驗。

一個常被提及的疑問是：在夏季高效散熱的技術(shù)，到冬季是否同樣會導致車內(nèi)溫度過低，從而增加暖氣能耗？研究團隊也對此進行了嚴謹?shù)募竟?jié)性評估。數(shù)據(jù)顯示，該薄膜在冬季確實會因紅外發(fā)射產(chǎn)生極微小的熱量流失，導致供暖需求增加約 0.3%。但從全年來看，這一微小的“冬季損耗”會被夏季巨大的節(jié)能收益徹底覆蓋。

研究通訊作者、首爾國立大學 Seung Hwan Ko 教授也表示：“這是首次通過實驗證明，透明輻射制冷技術(shù)可以有效應用于真實的車輛環(huán)境。”

（來源：https://doi.org/10.1039/D5EE06609C）

助力交通脫碳，相當于抵消 500 萬輛燃油車排放

在汽車行業(yè)加速向電動化邁進的背景下，空調(diào)系統(tǒng)的能耗直接關(guān)系到電動汽車（EV）的續(xù)航里程。STRC 薄膜不僅能在不增加電池系統(tǒng)復雜性和成本的前提下延長車輛續(xù)航，更能產(chǎn)生巨大的宏觀環(huán)保效益。

基于真實市場推演一下：美國目前約有 2.8 億輛注冊乘用車，每年因交通運輸產(chǎn)生的 CO?排放總量約為 19 億噸。如果將這項技術(shù)應用于美國所有的乘用車，每年預計可減少約 2,540 萬噸的二氧化碳排放。這一減排量，相當于直接從道路上消除了約 500 萬輛燃油汽車。

（來源：https://doi.org/10.1039/D5EE06609C）

在 STRC 的全名中，“可規(guī)模化”（Scalable）是關(guān)鍵詞之一。論文明確強調(diào)，該薄膜的制備工藝具備大面積制造能力，可滿足從單輛車輛應用到工業(yè)規(guī)模量產(chǎn)的需求。其潛在應用場景也并不局限于汽車行業(yè)。未來，該技術(shù)有望延伸至建筑玻璃幕墻、智能窗戶等領(lǐng)域。在建筑節(jié)能領(lǐng)域，類似的透明輻射制冷窗膜若能大規(guī)模推廣，對于降低夏季空調(diào)能耗、緩解城市熱島效應同樣具有重要價值。

目前，該發(fā)明的發(fā)明人已提交了韓國專利申請。研究團隊正在探索規(guī)模化制造技術(shù)的進一步優(yōu)化、與不同車型玻璃的兼容性集成方案等。隨著傳感器技術(shù)和智能材料的發(fā)展，團隊還計劃將 STRC 薄膜與自適應涂層、智能傳感器進行融合，讓這種不插電的“智能車窗”實現(xiàn)對不同季節(jié)和氣候條件的動態(tài)響應，進一步提升全年綜合節(jié)能效果。

參考資料：

https://eng.snu.ac.kr/snuEng/bbs/BMSR00005/view.do?boardId=6387&menuNo=200152

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/ee/d5ee06609c

排版：劉雅坤