中国科大系统揭示辐射制冷技术在全球粮食存储中的应用潜力
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中国科学技术大学工程科学学院热科学和能源工程系徐斌副教授课题组与华南理工大学林崇佳教授合作，在辐射制冷技术应用于粮食存储领域取得重要进展。研究立足全球粮食绿色低碳存储背景，揭示了通过被动辐射冷却实现粮食（准）低温存储的可行路径。相关研究成果以“Global application of radiative cooling in grain storage”为题，2月10日在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。
全球每年损失和浪费的粮食约占总产量的三分之一。粮仓作为保障粮食安全的重要基础设施，具有大面积屋顶结构。太阳辐照产生的热量经屋顶传入仓内，是导致粮温升高的主要热源之一。维持较低储粮温度有助于抑制谷物呼吸作用、延缓霉变和虫害发生。辐射制冷是一种具有前景的被动冷却技术，在太阳波段（0.3-2.5μm）实现高反射，在大气窗口波段（8-13μm）实现高红外发射，向约3K的深空背景辐射散热。其光谱选择调控特性与粮仓热环境调控需求高度契合，为储粮降温提供了有利解决方案。
图1 实验粮仓和研究地区：(a)辐射制冷粮仓的仓顶表面和实验使用的辐射制冷薄膜，(b)参考粮仓的仓顶表面，(c)研究地区在全球气候分布图上的相应位置。
图2 研究结果：(a)年平均太阳辐照与仓顶、室内空气和粮食年平均降温之间的关系，(b)粮食年平均温度和相应的安全存储时间，基于(c)准低温和(d)低温存储标准，粮食全年过热时间比例和过热度时数，(e)对于参考粮仓和辐射制冷粮仓，全年用电量显示在全球气候分布图，(f)辐射制冷薄膜的经济可行性和可持续发展潜力。
为此，研究团队聚焦粮食生产、贸易及短缺的重要国家，选取10种具有代表性的气候，深入探究了辐射制冷技术在仓顶应用的降温潜力（如图1所示）。研究发现，在全年太阳辐照越强的地区，辐射冷却展现出更显著的多级冷却效益，仓顶、仓内空气和粮食的辐射降温效果分别达到0.041、0.024和0.021℃/(W/m2)（如图2a所示）。辐射制冷使热带和亚热带地区的粮食存储时间至多延长136和84天（如图2b所示）。高辐照地区往往也是粮食最易发热、霉变和滋生虫害的地区，辐射制冷技术的性能优势与粮食存储最具挑战的气候环境相契合。
结合（准）低温存储标准，研究进一步量化分析辐射制冷技术的温控性能（如图2c和2d所示）。对于热带、亚热带和温带的7种气候类型，参考粮仓在被动工况下无法实现全年准低温存储，而辐射制冷粮仓能够被动消除其中4种气候类型的过热现象。即使结合空调主动调控，参考粮仓仍难以在热带和亚热带地区实现低温存储，最大过热度时数达到5105℃·h，全年过热时间比例达到100.0%；辐射制冷粮仓使过热度时数低于400℃·h，并将过热时间比例控制在8.0%以内，使存储条件非常接近低温存储标准。
在节能减排方面（图2e和2f），辐射制冷粮仓在不同空调设定温度（16或20℃）下，分别降低全年能耗5.7-24.2和2.3-24.8 kWh/m2，减少了碳排放量10.8-17848.1和3.8-16302.8kgCO2e。辐射制冷材料的投资回收期均小于10年，展现其较强的经济可行性和促进可持续存储的广泛潜力。
对于基础设施薄弱、电力供应不稳定的国家，无需外部能源输入的被动式冷却技术尤为关键，辐射制冷技术可显著缓解电力短缺时期的用电压力，在不增加发电容量的前提下，为更多粮仓提供（准）低温存储保障。
该研究基于粮食低碳存储的全球背景，系统揭示了辐射制冷技术在维持粮食安全与绿色存储方面的应用潜力，尤其适用于高辐照导致粮食损耗严重的地区和温控要求更高的低温储粮场景。研究成果充分展示了该技术在经济效益、节能减排及提升能源稳定性方面的多重价值，为新型光谱选择技术在全球粮食存储领域的推广应用提供了重要的理论依据与实践指导。
中国科大工程科学学院热科学和能源工程系博士后陈星妮为论文的第一作者，中国科大徐斌副教授和华南理工大学林崇佳教授为论文的共同通讯作者，合作者包括中国科大裴刚教授和香港科技大学黄宝陵教授。该研究得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金重点项目的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69280-9
（工程科学学院、科研部）
本文链接：http://knowith.com/news-1-14360.html中国科大系统揭示辐射制冷技术在全球粮食存储中的应用潜力
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