建筑物占全球能源消耗的约40%，并超过了与能源供应相关的全球排放量的三分之一。在这些排放中，大约7%来自材料和建筑施工过程，而26%是运营过程中的排放，例如建筑物内使用的电力和热能生产。这些排放显著加剧了能源危机和全球变暖[1]。在净零排放情景下，预计到2030年建筑能源消耗将减少约25%，相应的化石燃料使用量应减少40%以上[1]。此外，空间冷却和加热占建筑能源消耗的一半以上，这突显了这两个领域巨大的节能潜力。
迄今为止，全球已安装并运行了约20亿台空调设备，使得空间冷却成为建筑物能源消耗的主要驱动因素之一，导致建筑冷却的电力需求急剧增加。尽管空调性能和低碳发电技术有所进步，但由于制冷剂泄漏（具有极高的全球变暖潜能），建筑冷却的间接碳排放仍在上升，自20世纪90年代以来增加了约三倍[2]。开发无需能源输入且不产生污染的冷却技术是非常必要的。在这方面，以外太空为冷源的辐射冷却技术在过去十年中取得了显著进展[[3], [4], [5], [6], [7], [8]]。一些开创性的应用已经证明，辐射冷却技术可以为建筑冷却节省20-40%的能源[9,10]。此外，辐射冷却还可以轻松与空调系统集成，进一步提高性能并降低能耗[11,12]。
另一方面，建筑供暖占全球能源使用量的一半。近三分之二的供暖能源仍依赖于化石燃料，导致约2400百万吨的直接碳排放和约1700百万吨的间接碳排放[13]。尽管高效和低碳供暖技术不断发展，化石燃料仍占建筑供暖能源使用的约60%。这凸显了减少供暖能源需求的迫切性，特别是在供暖期较长的寒冷地区。因此，开发易于使用且有效的隔热材料已成为一项关键策略。最近，随着全球在开发热绝缘材料和结构（如木质隔热材料[14,15]、真空隔热材料[16]和气凝胶隔热材料[[17], [18], [19]]方面的研究努力，建筑隔热技术取得了显著进展。在本综述中，我们重点关注具有强热调节能力的材料，强调它们在限制热传递和通过红外辐射释放热能方面的隔热性能。
在人口密度高的许多中纬度地区，建筑物必须同时满足夏季冷却和冬季供暖的需求。在这种情况下，自适应建筑材料为应对季节性变化的热需求提供了一种有前景的策略[[20], [21], [22], [23], [24], [25]]。具体来说，自适应建筑材料可以在高温环境下实现有效冷却，在低温环境下提供隔热或供暖，这不仅能够满足人类的室内舒适度，还能实现全年节能。得益于这些优势，自适应材料在过去十年中取得了显著进展[[26], [27], [28], [29], [30]]。通常，自适应功能可以通过温度依赖性调节[[31], [32], [33], [34], [35]]和电致变色控制[[36], [37], [38], [39], [40]]来实现，这促使了一些有前景的自适应材料的出现，如自适应驱动材料[41,42]、水凝胶自适应材料[[43], [44], [45], [46], [47]]、基于VO2的自适应材料[21,[48], [49], [50], [51]]以及电致变色自适应材料[[52], [53], [54], [55], [56]]。
由于建筑冷却和供暖的高能源需求，研究越来越多地关注热带、寒冷和温带气候下的建筑冷却、隔热和自适应材料，过去十年取得了实质性进展[50,51,[57], [58], [59]]。因此，及时总结建筑冷却、隔热和自适应材料的最新进展并揭示剩余挑战及相应解决方案是非常必要的。本文旨在促进这些材料的实际应用。与以往的综述[[60], [61], [62]]不同，本研究提出了一个基于材料的建筑节能框架，将冷却、隔热和自适应性整合在一个统一的背景下，提供了关于热管理材料策略的全面视角。此外，本文还讨论了将先进材料整合到建筑系统中的实际挑战，重点关注材料兼容性、时空协调以及冷却-供暖之间的权衡。首先讨论了三类材料的工作原理，以揭示它们在建筑节能方面的相关性和互补性。随后，详细讨论了建筑冷却、隔热和自适应材料，强调了它们在建筑中的强大应用潜力（图1）。最后，概述了剩余挑战和未来研究方向，以支持该领域的进一步突破。
