辐射冷却在粮食储存中的全球应用

更凉的粮食为何与每个人相关

每年约有三分之一的食物遭到损失或浪费，其中很大一部分在储存过程中默默消失。当谷物在炎热的仓库或金属筒仓中放置数月时，会更快变质，滋生害虫和霉菌，最终无法送到需要的人手中。本研究探讨了一个出人意料却能产生全球影响的简单想法：在屋顶覆盖一种类似镜面的薄膜，通过向太空辐射热量来为仓库降温，从而保护储存的谷物，同时几乎不消耗额外能源。

粮食供应增长仍然无法满足许多人的需求

过去二十年间，主要作物的全球产量从约62亿吨上升到96亿吨，农业价值几乎翻倍。然而数亿人仍然营养不良，尤其集中在非洲和部分亚洲地区。原因之一是食物需要长距离运输并在多个环节长期储存——从村庄仓库到港口、船舶和城市仓库。在此过程中，高温和湿度会使谷物成为害虫、螨虫和霉菌的温床，这些不仅消耗食物，还可能产生危险毒素。保持谷物低温是减缓这种损害最有效的方式之一，但传统制冷费用高、耗电多，且在中低收入国家往往难以负担或无法获得。

把热量送回太空的屋顶

研究人员关注的是“辐射冷却”——一种无需电力的被动技术。其思路是在屋顶覆盖一层薄而明亮的膜，这种膜能强烈反射阳光，同时通过大气的一个透明波段有效向外太空辐射热量。在本研究中，他们使用了一种商用薄膜，该薄膜具有非常低的太阳能吸收率和非常高的红外发射率。研究团队先在中国重庆的一座实物粮仓上进行了试验，然后建立了该建筑的详细计算机模型。利用气候数据，他们模拟了在13个国家的18个与粮食相关的城市中涂覆该薄膜的仓库表现，覆盖从热带雨林到温带草原及高山高原在内的十种不同气候类型。

屋顶更凉、室内更凉、粮食更安全

在所有这些气候条件下，辐射冷却薄膜在三个层面显著降低了温度：屋顶表面、室内空气以及谷物本身。在被动条件下——不使用任何空调——覆盖薄膜的屋顶比传统的深色屋顶低18–35°C。室内空气温度下降约4–8°C，粮堆顶部温度大约降低3–7°C。这种看似适度的谷物温度下降对可安全储存的时长产生了极大影响。在炎热的热带城市，平均谷物温度从接近30°C降至20°C出头，储存期限几乎翻倍，质量达到临界限度前可多出最多四个月。在较凉爽或高海拔地区，薄膜仍能将安全储存期延长数周，通常足以弥补季节性供应缺口。

以更少能源实现更严格的安全标准

粮食管理者常以官方的“准低温”或“低温”储藏目标为准，这些目标限制谷物超过25°C或20°C的时长。研究团队将这些标准转化为两个简单指标：每年谷物处于过温状态的小时数，以及超出目标的平均温度幅度。在未制冷的仓库中，许多热带和亚热带地点大部分时间都超出这些限值。仅添加辐射薄膜就足以在所有较冷气候中满足较宽松的标准，并在最热的城市显著减少过热发生。在加装适度空调（设定在20°C或16°C）的情况下，涂膜屋顶可将年度制冷能耗降低约6–24千瓦时/平方米，并将峰值制冷需求减少最多达14千瓦。这意味着可以安装和运行更小、更便宜的设备；在若干温带城市，甚至无需空调就能达到准低温目标。

成本、碳排放与对低收入地区的潜力

除了舒适度和食品安全，研究还评估了经济性和排放。由于该薄膜薄、耐用且易于安装到现有屋顶上，其前期成本在18个研究城市中均可通过电费节省在少于十年的材料预计使用寿命内收回。在更严格的低温运行情景下，回收期往往仅为几年。同时，机械制冷需求减少可使每个场址的年度碳排放减少数万千克二氧化碳当量。这些好处对加纳、埃及和埃塞俄比亚等电力昂贵或不稳定且食品安全问题严重的国家尤其具有吸引力。在这些地区，被动屋顶冷却能在电力稀缺时也支持更安全的粮食储存。

这对全球粮食意味着什么

这项工作表明，仅仅改变粮仓的“外皮”就能改变其保护粮食的能力。通过反射阳光并在夜空中静静辐射热量，辐射冷却屋顶保持谷物更低温，延缓害虫和霉菌的生长，并减少对高能耗制冷的需求。无论在闷热的港口、干燥的沙漠还是凉爽的平原，这一方法都更容易、更便宜地满足现代储存标准。对于一个种植量比以往更多但饥饿仍然存在的世界，这种低技术、全球适用的冷却方式提供了一条切实可行的途径，以挽救我们已有产出的更多粮食。

引用: Chen, Xn., Li, K., Wang, Wh. et al. Global application of radiative cooling in grain storage. Nat Commun 17, 2574 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69280-9

关键词: 粮食储存, 辐射冷却, 食品安全, 节能冷却, 收获后损失