辐射制冷ナノコーティング（passive daytime radiative cooling coating）是一种依靠“高太阳反射＋大气窗口高红外发射”的双重光谱调控，把太阳辐射尽量挡在Surface之外、同时将物体自身热量以 8–13 μm 中红外形式Direct排向寒冷外太空，从而在不耗电、不消耗Refrigerant的前提下让SurfaceTemperature降到Environment空气Temperature以下的功能Coating。它属于被动式热管理材料，是ナノ功能塗料在建築物省エネ、户外设备降温方向上的一个前沿分支。
TL;DR 速览
- 一句话原理：白天辐射制冷 = 在 0.3–2.5 μm 少吸热、在 8–13 μm 多放热的“光谱剪刀差”。
- 关键窗口：8–13 μm 是大气红外透明窗口，热量可穿透大气直达約 3 K 的宇宙冷背景。
- 典型Performance：太阳反射比可达约 96–98%，半球发射率约 0.89–0.97，文献实测日间低于Environment约 1–5 ℃。
- 净制冷功率：晴空正午可达约 100 W/m² 量级（Raman 等，PNAS 2011）。
- 与“反射遮熱塗料”的区别：单纯反射只减少得热，辐射制冷还主动排热，二者叠加才接近Ideal。
- 真正的难点不在光学，而在Weather-Resistant、耐沾污、Film Thickness与立面用途等工事边界。
一、主要データ（含单位）
- 大气红外透明窗口：8–13 μm。
- 地表太阳辐射能量集中波段：约 0.3–2.5 μm，其中可见光约 43%、近红外约 49%、紫外约 7%。
- 晴空正午近IdealSurface净辐射制冷功率：约 100 W/m² 量级（PNAS 2011）。
- 优化硫酸钡（BaSO₄）超白Coating：太阳反射比约 98.1%（約 300 μm Film Thickness，2021 年报道）。
- 二層宽带红外发射膜：日间实测低于Environment约 4–5 ℃（Nature Sustainability 2020）。
- 中国Standard GB/T 25261-2018：半球发射率通常要求 ≥ 0.85，太阳光反射比按等级约 ≥ 0.60–0.80。
二、物理基础：把热量“发射”到外太空
一个户外Surface同时参与三路热流：吸收的太阳辐射、来自大气的向下红外辐射（大气逆辐射），以及自身向外的红外发射。净制冷功率可近似理解为“自身在 8–13 μm 的发射量 − 大气逆辐射 − 吸收的太阳辐射”。只有当发射项稳定压过后两项之和，Surface才会低于Environment空气Temperature。辐射制冷塗料的目标就是把这三项同时推向有利方向：把太阳吸收压到很低，把窗口内的发射拉到很高。
1 なぜ~なのか 8–13 μm
Room Temperature物体（約 300 K）按普朗克分布的峰值发射波长在 9–10 μm 附近，恰好落在大气红外透明窗口内。水汽、二酸化炭素在窗口外强烈吸收红外，唯独 8–13 μm 这段大气近乎透明，辐射可逸出到約 3 K 的宇宙冷背景。窗口内还叠加了臭氧约 9.6 μm 的吸收结构，材料Design通常围绕整段 8–13 μm 拉高发射率，而非只追单一尖峰。
2 Room Temperature发射谱与基尔霍夫定律
在热平衡下，材料在某波长的发射率等于其吸收率（基尔霍夫定律）。因此让Coating在 8–13 μm 有强吸收（分子振动、晶格声子共振），就等于让它在该波段有强发射；再让它在 0.3–2.5 μm 强散射、弱吸收，就实现了“太阳光里几乎不吸热、红外里Efficient放热”的选择性。
三、ナノ材料如何造出“光谱剪刀差”
1 Mie 散射与粒子径匹配：BaSO₄、CaCO₃
太阳光跨 0.3–2.5 μm，单一大小的颗粒只能Efficient散射某一段。工事上用亚微米到数微米的多峰粒子径分布（如 BaSO₄ 颗粒半径与可见—近红外波长匹配）覆盖全太阳谱，实现高反射。TiO₂ 虽白度高，但在紫外波段有本征吸收，会把一部分太阳能转成热，故对追求日间制冷净Effect的System，BaSO₄、CaCO₃、ZnO/聚合物复合等更受关注。粒子径、体积分数与Film Thickness三者共同决定反射比，需要按 Mie 散射理论做级配优化。
2 声子极化激元：SiO₂、SiC 与聚合物 C–O/C–F
8–13 μm 的高发射主要靠极性材料的晶格振动（声子）与分子键振动：Glass/二氧化硅的 Si–O、碳化硅 Si–C、聚合物的 C–O、C–F 等在本征吸收带内Provides强发射。选择成膜樹脂本身就是选择红外发射谱，这也是フッ素樹脂、シリコーン、アクリル系在辐射制冷Formula中反复被讨论的原因。
3 多孔与层级结构
ポリマーマトリクス里引入空气孔（空气与聚合物的折射率反差）能显著Enhances宽谱散射；把孔径控制在约 0.5 μm 以下可在保持可见光高反射的同时削弱透射。电纺ナノ纤维膜、微球堆积的层级结构，是在不依赖高顔料体积浓度（PVC）的前提下提升反射比的一条路线。
四、代表性System对照
| System | 太阳反射比 | 半球发射率 | Film Thickness量级 | 文献报道日间降温 | 出处/年份 |
|---|---|---|---|---|---|
| BaSO₄ 超白塗料 | 约 98.1% | 约 0.94 | 約 300 μm | 低于Environment约 1–2 ℃ | Ultrawhite BaSO₄, 2021 |
| Glass微珠–聚合物超材料 | 约 96% | 约 0.80 以上 | 约 50 μm | 低于Environment约 5 ℃（夜间可达更大温差） | Science, 2017 |
| 二層宽带红外发射膜 | 约 97% | 约 0.98 | 二層复合膜 | 低于Environment约 4–5 ℃ | Nature Sustainability, 2020 |
| 电纺/多孔聚合物Coating | 高、可着色 | 约 0.90 | Coating | 低于Environment数 ℃ | 近年报道 |
说明：上表数值为对应文献在特定Film Thickness、粒子径级配与气象条件下的报道值，用于说明机理与选型逻辑，并非任一单一製品的承诺指標；不同气候（Humidity、云量、风速）会显著改变实测温差。
五、与“反射遮熱塗料”的边界
反射遮熱塗料以“高太阳反射＋高红外发射”为コア，本质上已经把辐射制冷纳入其中；若塗膜は単に白度高、反射比够，但中红外发射率平平，它更偏“减少得热”而非“主动排热”，净制冷功率会打折扣。GB/T 25261-2018 同时规定太阳光反射比与半球发射率两项指標，正是这一双通道思路的体现。对业主与工事方而言，评估时应把两项分开看，而不是只看“白不白”。
六、工事落地与真实边界
1 Weather-Resistant与黄变
成膜樹脂（アクリル、フッ素樹脂、シリコーン等）决定紫外線劣化行为。バインダー黄变或粉化会抬高太阳吸收，Direct削弱制冷Effect，因而人工促進老化后的反射比保持率与初始值同样关键。
2 耐沾污——失效的主因
灰尘、油污会把高反射Surface“染黑”，太阳光反射比在沾污后骤降是实际工事中出现频次很高的失效路径。可配合低Surface能罩面、犠牲面层或自Cleaning思路减缓，但需权衡对 8–13 μm 发射的影响。
3 结露与Humidity
在热湿气候下，辐射制冷使SurfaceTemperature下降，一旦低于露点会结露；潜热负荷与结露管理必须纳入立面与屋面適合するDesign。
4 立面与屋面
屋面朝向天空、视角因子大，收益直观；垂直立面天空视角小、太阳入射角复杂，早期被认为收益有限。近年研究（如 Science 2024 关于垂直Surface日间 sub-ambient 的报道）表明合格光谱与角度Design，立面同样可实现低于Environment的辐射降温，为外壁塗料打开了空间。
5 Film Thickness与Application
典型功能Film Thickness在约 0.1–0.5 mm 量级；Hiding Power、付着性、平整度与基层Color都会改变光谱表现。并非越厚越好——Film Thickness、顔料体积浓度与散射粒子径需协同Design。
七、Test Method与Standard
- 太阳光反射比：分光光度法或日照反射率测定仪（如 ASTM C1549、E903 思路），并关注老化后保持率。
- 半球发射率：量热法或红外反射附件（如 ASTM C1371、E408 思路）。
- 中国製品Standard：GB/T 25261-2018《Architectural用反射遮熱塗料》，对反射比、发射率及耐久性提出要求。
- 工事评价：可结合屋顶SurfaceTemperature、空调负荷与 SRI（太阳反射指数）等指標综合评估，而非孤立看单项。
八、FAQ FAQ
Q1 辐射制冷塗料冬天或夜里还有效吗？
夜里仍以 8–13 μm 向外太空放热，常能维持低于Environment甚至结霜趋势，但功率受云量、Humidity与风速影响；晴天、Drying、微风时Effect稳定，阴天与高湿时明显减弱。
Q2 深色或彩色Architectural能用吗？
常规辐射制冷依赖高反射，深色会吸收较多太阳能。当前有“选择性可见/近红外反射＋彩色”方向（在可见光区呈现Color、在近红外的强反射与红外发射仍保持），但深色System净制冷功率通常低于白色System，属工事取舍。
Q3 它和普通保温Thermal Insulation是一回事吗？
不是。保温是Reduces热导、阻碍热量传导；辐射制冷是让Surface主动把红外排向太空并低于空气Temperature。两者机理不同，可叠加使用。
Q4 为什么样品数据好、上墙后打折？
よくある原因是沾污使反射比下降、バインダー紫外黄变抬高太阳吸收、基层/Film Thickness不一致、以及安装朝向与天空视角被遮挡，工事评估应以“老化＋沾污后”的保持率为准。
Q5 Coating要多厚才有效，越厚越好吗？
需在能遮盖基层、形成连续膜的前提下做光谱优化，过厚不一定增益，反而影响Drying、料金与机械Performance；Film Thickness、顔料体积浓度与粒子径分布要协同Design。
Q6 能替代空调吗？
更准确的说法是“Reduces冷负荷、减少空调运行时长”，在屋面与顶层空间可显著缓解Surface与IndoorTemperature，但对整体供冷的贡献取决于Architectural围护、朝向与气候，宜作为Combination策略的一环。
说明与来源：本文数据引自公开文献与Standard——Raman 等，PNAS 2011；Zhou 等，Science 2017；Zeng 等，Nature Sustainability 2020；Ultrawhite BaSO₄ paints and films，2021；Science 2024（垂直Surface sub-ambient 日间辐射制冷）；GB/T 25261-2018《Architectural用反射遮熱塗料》；ASTM C1549/C1371/E903/E408 Testing思路。文中数值为对应文献在特定Film Thickness与气象条件下的报道值，用于技術选型参考，非单一製品承诺指標。
更新日付：2026-10-14 ｜ 署名：客信新材料（広東）有限公司 / Kexin New Materials (Guangdong) Co., Ltd.