【摘 要】
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能源危机和气候变暖已经威胁了人类的生存,为实现可持续发展,寻求一种绿色节能的制冷方式势在必行。辐射冷却技术不消耗额外能源,也不产生环境污染,是一种极具发展前景的被动式冷却技术。作为辐射冷却技术的重要组成部分,风屏可以抑制高温环境对辐射冷却装置的非辐射换热,是实现低于环境温度冷却的关键因素。此外,选择性风屏还可以有效处理太阳光,使不具备太阳光反射特性的发射体实现日间辐射冷却,降低了对发射体光谱特性的
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能源危机和气候变暖已经威胁了人类的生存,为实现可持续发展,寻求一种绿色节能的制冷方式势在必行。辐射冷却技术不消耗额外能源,也不产生环境污染,是一种极具发展前景的被动式冷却技术。作为辐射冷却技术的重要组成部分,风屏可以抑制高温环境对辐射冷却装置的非辐射换热,是实现低于环境温度冷却的关键因素。此外,选择性风屏还可以有效处理太阳光,使不具备太阳光反射特性的发射体实现日间辐射冷却,降低了对发射体光谱特性的要求,对辐射冷却领域的发展意义重大。本文针对辐射冷却中选择性风屏展开了研究,主要研究内容和取得的成果如下:（1）根据路径追踪法建立了基于风屏光谱特性的辐射冷却理论模型,该模型考虑了风屏与发射体间的能量传递,准确性更高,解决了传统辐射冷却模型没有考虑风屏的问题。并采用全隐式差分法对模型进行求解,搭建了仿真模型。然后讨论了选择性风屏提升辐射冷却性能的工作机制,并利用该模型分析了环境参数对辐射冷却性能的影响。（2）利用传输矩阵理论、米氏散射理论和时域有限差分法的光学理论,研究了多孔薄膜材料属性和结构参数对光谱特性的影响。确定了多孔选择性风屏材料的具体参数,并以此为依据,通过热诱导相分离工艺制备了纳米多孔复合薄膜（Nanoporous composite film,NCF）。该材料可实现94.5%的太阳光反射率和84.9%的大气窗口透射率,为日间辐射冷却技术提供了新的处理太阳光的方式。同时该材料的环境稳定性良好,可满足辐射冷却技术的应用需求。（3）以自制的NCF作为辐射冷却装置的风屏材料,搭建了户外实验系统,测试了实验装置的降温效果及冷却功率。研究发现NCF可以使无太阳光反射特性的发射体全天平均温度比环境温度低4.9℃,低湿环境的全天平均净辐射冷却功率为85.9 W/m~2,并可以进一步提升反射性发射体的冷却性能。此外,还讨论了选择性风屏在全国不同地区的冷却能力,分析了该技术的地域适用性。（4）将本文研究的NCF应用于建筑屋顶外表面,根据热容量质点系法建立了用于建筑屋顶的辐射冷却动态传热模型,并分析了辐射冷却屋顶在彩钢板活动房和单层建筑中直接应用和间接应用两种方式的冷却潜力。研究发现NCF不仅可以降低屋面温度、室内温度和空调供冷量,同时还可以延后空调开启时间,推迟峰值发生时间,有效降低建筑制冷能耗。
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