在能源紧张与气候变化的双重压力下，如何在建筑中高效利用可再生能源已成为全球建筑业的共同课题。深圳大学研究团队从中国古代建筑的设计智慧中寻找突破，开发出一种兼具发电与安全预警功能的新型屋瓦系统。有关成果近日发表在《先进复合材料和混合材料》期刊上，为传统建筑的现代化改造与新建筑的绿色设计提供了新思路。传统东方建筑的屋顶设计含有清晰的物理逻辑：层叠结构、较大的坡度与弧形表面不仅带来视觉效果，也能在自然条件下形成温度梯度，帮助吸收太阳辐射并加快散热。研究人员据此设计出仿传统瓦片形态的热电装置，使每个单元在光照区域升温、阴影或背光区域保持相对低温，形成稳定温差，为热电转换提供驱动力。装置结构深入强化温差效应，使瓦片从被动覆盖材料转变为参与能量转换的功能部件。该系统的关键材料为单壁碳纳米管与木质素复合薄膜。木质素作为来源于生物质的天然聚合物，可同时提升热电性能与光热转换能力。薄膜在可见光与近红外波段具有较强吸收能力，与太阳光谱匹配度高：在标准太阳光照射下温度可达55摄氏度，光照强度加倍后可达85摄氏度。研究还验证了材料的机械稳定性——经历数百次弯曲循环后，其电性能基本不变，这个特性对长期承受环境应力的建筑材料尤为关键。装置的先进型号由20个热电元件串联组成，在太阳辐射作用下可产生约60毫伏的开路电压。尽管电压值不算高，但结果验证了无需传统光伏板、直接从建筑表面获取能量的可行性。其优势在于瓦片与屋顶一体化部署，不以外置组件的方式“附加”在建筑上，从而将屋顶转化为分散式能源单元，利用太阳辐射与环境温度梯度进行能量转换。这一方案对历史建筑与传统风格建筑更具适配性：相比外观突兀的光伏面板，新型瓦片在保留建筑特征与整体观感的同时，嵌入了发电功能。从城市尺度看，分散式发电有助于缓解社区用能压力，为能源结构优化提供补充。这一目的另一项重要成果是火灾预警功能。温度快速上升时，装置输出电压会随温度梯度同步增大；当电压超过预设阈值，系统即可自动触发警报。测试显示，在300摄氏度环境下，警报信号可在0.16秒内激活，响应速度优于多种现有传感器方案。系统还可集成无线模块，将警报信息直接发送至手机等移动设备，为建筑安全提供更多一层保障。
将传统屋顶从“审美符号”转为“功能载体”，并非简单复古，而是对既有建筑智慧的重新理解与再创造。推动绿色建筑与城市安全治理，除了技术突破，更需要材料、结构、标准与运维体系的协同完善。在尽量减少对建筑外观与结构扰动的前提下提升能源利用效率，并服务于日常安全管理，这类探索为城市在节能降碳与安全韧性之间寻找新的平衡提供了参考。