建筑中光谱选择性辐射制冷膜的耦合传热机理及模拟方法研究

建筑业

本研究围绕光谱选择性辐射制冷材料和建筑动态热过程模拟的耦合模拟方法开展研究，已建立了辐射制冷材料与建筑热过程的耦合模型和分析框架。基于物理推导和实验研究，构建了建筑用长波辐射积分模型；并构建了基于状态空间法重构的长波辐射积分模型与建筑动态热过程的直接耦合模拟方法，通过实测检验验证了该方法的准确性，实现了光谱选择性材料在建筑上的耦合模拟；为进一步提高计算效率和耦合度，提出了等效天空辐射温度这一概念，将长波辐射积分过程线性化，实现了光谱选择性材料与建筑热过程模拟的高度耦合，为后续应用解决了计算瓶颈和使用门槛的问题。

要求合作单位在高性能围护结构研发或建筑性能仿真领域有较为丰富的经验和工程案例，可以将本项目研发的仿真工具进行推广应用，推动行业发展。

可国（境）内外转让

所开发的模拟工具可推广于研究太阳房保温性能、变物性围护结构或可拆卸式围护结构等特殊结构建筑，对实现未来智慧城市、新型建筑的模拟起到促进作用，具有广阔的应用前景、丰富的工程和社会价值。

北京市自然科学基金面上项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

降低建筑制冷负荷是减少建筑运行能耗的重要手段，既有研究表明，光谱选择辐射制冷膜通过降低建筑表面对太阳辐射的吸收率，同时将热量以长波形式辐射至太空的方式，降低表面温度，从而减少建筑制冷负荷。然而，在当前建筑能耗模拟中，长波辐射计算方法的物理意义不清晰，难以准确描述辐射制冷膜在建筑上的传热机理；另一方面，现有研究对辐射制冷膜的节能潜力尚未形成统一的结论。因此，分析辐射制冷膜在建筑上的传热机理、实现其在建筑能耗模拟中的准确计算、明确辐射制冷膜的应用场景，成为亟待解决的科学和工程问题。本项目拟基于环境温度追踪法，研究辐射制冷膜作用在建筑上的传热机理；继而基于状态空间法，研究全波长积分计算的辐射制冷膜模型与建筑热过程的耦合模拟方法，探索非线性物理过程在状态空间法中的求解特点；并开发耦合模拟软件，分析辐射制冷膜在北京地区的适用场景与节能潜力。所开发的模拟工具可推广于研究太阳房保温性能、变物性围护结构或可拆卸式围护结构等特殊结构建筑，对实现未来智慧城市、新型建筑的模拟起到促进作用，具有广阔的应用前景、丰富的工程和社会价值。