第一作者：于丹丹 博士生（天津大学）

通讯作者：丁研 副教授（天津大学）

通讯单位：天津大学环境科学与工程学院

论文DOI: 10.1016/j.rser.2026.117432

成果简介

近日，天津大学环境科学与工程学院丁研副教授课题组在能源领域国际顶级期刊 《Renewable and Sustainable Energy Reviews》（IF=18，中科院一区Top）上发表题为“Biomimetic dynamic thermal management for building envelopes: Mechanisms, performance, and applications”的综述论文。该研究系统梳理了自然界生物的热调控智慧，提出了“辐射冷却-隔热缓冲-储热调节”三级协同的仿生热管理框架。

论文第一作者为天津大学博士一年级学生于丹丹，通讯作者为丁研副教授。合作单位包括天津工业大学、香港城市大学、河北省建筑科学研究院与日本大阪公立大学。该工作为下一代智能建筑围护结构的设计与工程实施提供了系统性理论支撑。

图文摘要

跨区域科研合作

本研究的顺利完成，得益于天津大学、天津工业大学与香港城市大学三校的深度合作，是内地与香港科研联动的一次实践。天津工业大学刘秀明副教授和李政教授团队在仿生微纳结构制备的学习方面提供了关键理论支撑。香港城市大学能源与环境学院吴伟教授团队则在相变材料与热流模拟方面贡献了重要力量。河北省建筑科学研究院褚少辉团队长期从事新型建筑材料的研发与工程应用，为研究中仿生隔热材料在实际建筑围护结构中的适用性提供了工程视角与验证支持。日本大阪公立大学生活环境设计学科袁继辉副教授团队在建筑气象数据分析与区域气候适应性热管理方面具有深厚积累，为研究提供了不同气候条件下仿生热管理策略的适用性分析。五家单位优势互补、协同合作，不仅大幅提升了研究的系统性与深度，也为未来更大规模的跨学科、跨区域协同攻关积累了宝贵经验。

全文速览

建筑热管理正从单一静态模式向集成动态模式转型。本研究从生物热调控原型出发，系统综述了仿生动态热响应技术在建筑围护结构中的研究进展，建立了覆盖辐射冷却—隔热缓冲—储热调节全路径的三级协同热管理框架。三大机制分工明确：仿生辐射冷却从源头抑制太阳热输入，仿生隔热缓冲衰减瞬时热冲击，仿生储热调节优化热量时空分配。

Figure 2 Heat transfer process among radiative cooling, insulating buffering, and thermal storage regulation in building thermal management

在性能层面，仿生辐射材料太阳反射率最高达99.6%；分级多孔隔热材料热导率低至0.008 W/(m·K)，热阻调控比超三倍；仿生储热结构缩短熔化时间45.9%-96.0%，储能密度达122-158 kJ/kg。研究进一步从响应速度、调控幅度、耐久性、技术成熟度与气候适应性五个维度对各类仿生材料进行了量化对比，揭示了单一策略在响应速度、调控幅度与系统简洁性之间的固有局限，证实了多机制协同集成的必要性。

尽管实验室性能优异，该技术在大规模建筑应用中仍面临响应时滞、规模化制备困难、环境耐久性不足、多物理场耦合评价缺失及高成本五大工程挑战。未来研究将聚焦于机理驱动的可规模化制造、数字驱动的预测性控制及标准化评价基础设施建设三大方向。这一系统性认识为仿生动态热管理材料从实验室走向工程现场提供了清晰的理论基础与技术路径。

作者介绍

第一作者：于丹丹 博士研究生，天津大学环境科学与工程学院。入学第一年以第一作者在Renewable and Sustainable Energy Reviews期刊发表论文。

通讯作者：丁研 副教授、博士生导师，天津大学环境科学与工程学院。主要研究方向为建筑环境低碳智慧化改造、建筑负荷预测与优化设计、建筑能源系统优化及人工智能、基于人员行为的室内环境营造。曾获省部级以上科技奖励8项，以第一完成人、第一完成单位获奖2项，专利技术实现成果转化4项，技术应用项目成为代表中国首个获APEC-ESCI最佳实践奖的中国建筑。

参考文献：

Yu, D., Ding, Y., Lu, S., Li, Z., Wu, W., Tian, Z., Liu, X., Zhang, W., Chu, S., Yuan, J. (2026). Biomimetic dynamic thermal management for building envelopes: Mechanisms, performance, and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 117432.

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032126007343

（来源：丁研老师课题组 编辑：陈佳乐）