美國史丹佛大學電子工程系Aaswath Raman、范汕洄教授研究團隊2014年在科學期刊《自然》發表光學薄膜被動輻射冷卻法，以二氧化鉿、二氧化矽材料製作特殊多層薄膜，不僅可反射大部分陽光，同時能促進輻射散熱，在大太陽下將溫度降至比氣溫低5度，而且完全不用電。
現在研究團隊再運用該技術，進一步研發屋頂冷卻系統，進行實驗。研究結果近日發表於《自然》旗下子期刊《自然-能源》（Nature Energy）。
不用電就能降溫？——被動輻射冷卻原理，一路散熱到太空
不用電就能降到低於氣溫，究竟怎麼辦到的？主要是應用被動輻射冷卻原理，以中波長紅外線散熱到外太空。
熱傳遞的方式不外乎傳導、對流、輻射。其中輻射的部分，只要溫度大於絕對零度的物體（基本上也就是任何物體），隨時都會向外釋放電磁輻射。
因此，若能將陽光反射並阻絕傳導及對流帶來的熱，同時再以輻射方式將熱量帶走，向環境散失的熱比吸收的熱多，就可能降到比氣溫還低的溫度。特別是中波長（8-13微米）的紅外線輻射，因為這個波段不易被大氣吸收，能一路穿透大氣層，散至廣大寒冷的太空中。
研究團隊所研發的屋頂冷卻系統利用前述原理，以特製光學薄膜面板反射97%的陽光，並協助將熱以中波長的紅外線輻射散發至大氣外，加上隔絕熱對流與傳導的塑膠及泡棉材料層，中間再通上彎曲的水管，進行非蒸發性、不用壓縮機的水冷散熱。全裝置唯一使用的少量電力是輸水系統。
根據研究報告，這套冷卻系統可將溫度降至比環境氣溫低攝氏5度。研究團隊也將實驗數據進行模擬，如果將冷卻系統安裝於拉斯維加斯常見的兩層商用辦公樓屋頂，夏季約可減少21%的大樓冷氣用電。
未來的節能減碳冷卻系統
主持這項研究的范汕洄教授及團隊成員Eli Goldstein、Aaswath Raman合作創立了SkyCool Systems公司，正在做進一步測試，未來可望將研究結果商業化，整合應用於空調、冰箱等冷卻系統。
研究團隊表示，冷卻系統消耗全球電力約15%、佔全球溫室氣體排放量的10%，預計至2050年冷卻用電將會成長10倍，改善冷卻系統效率可能會對全球能源使用有重大的影響。
資料來源：Nature、Standford News、Science 1、2
