摘要
建筑表面辐射制冷材料是一种能够减缓城市热岛效应和降低建筑能耗的新型节能材料。建筑表面朝向和街区形态显著影响了建筑表面辐射制冷材料反射太阳辐射的能力。本研究探讨了辐射制冷材料在建筑表面朝向因素和街区形态参数影响下的节能潜力。以南京市六个典型居住街区为研究对象，通过基于EnergyPlus的模拟结果分析了16种建筑表面朝向应用辐射制冷材料的设计方案的街区能耗，用于确定最佳的辐射制冷材料的建筑表面组合应用方案。本研究还分析了季节性和全年周期辐射制冷材料的节能率、电费节省金额以及为获得投资回报的材料单位面积价格上限。结果表明，对于低层建筑，仅在屋顶使用辐射制冷材料可以使全年周期建筑能耗减少约1%。当普通辐射制冷材料或性能更优的辐射制冷材料（超冷材料，反射率和发生率均大于0.95），全年周期节能率分别可达到3.4%和4.3%。不同朝向建筑立面接受的太阳辐射强度显著不同，从而造成了不同朝向建筑立面使用辐射制冷材料节能潜力的差异性。由于南立面使用辐射制冷材料在冬季热损失显著，因此不建议在南京居住建筑的建筑南立面使用辐射制冷材料。考虑到电费节省金额和材料单位面积价格上限，假设辐射制冷材料在南京居住建筑的使用寿命为八年，普通辐射制冷材料和高性能辐射制冷材料的价格应分别低于3.0和3.7元/平方米。
关键词：辐射制冷材料；建筑表面朝向；街区形态；建筑节能
在全球气候变化和城市化迅速发展的背景下，城市建筑能耗日益增加，建筑成为能源消耗和温室气体排放的主要来源。居住建筑是城市建设中比重最大的建筑类型，需要大量能源用于供暖、制冷和满足其他生活需求。针对自然资源缺乏和城市环境恶化等问题，采用新型节能材料，如辐射制冷材料，用于降低建筑能耗和改善城市环境已成为建筑科学领域研究的热点。辐射制冷材料依靠其高反射率和高发射率的特性能够显著减少太阳辐射得热和增加通过大气窗口波段的长波辐射散热，从而显著降低建筑的制冷能耗。
（1）建筑表面应用辐射制冷材料的组合设计方案
(2) 不同应用方案的季节性和全年周期节能率
(3) 不同朝向建筑表面应用辐射制冷材料的节能潜力
本研究使用建筑能耗模拟软件EnergyPlus模拟了16种不同朝向建筑表面使用两种辐射制冷材料（冷性和超冷材料）的组合设计方案的节能潜力，并探索最优的辐射制冷材料应用策略以实现最大化的节能效果。
(1)在低层建筑中，屋顶使用冷性材料对全年节能更有效。而在高层建筑中，建筑立面使用冷性材料可以增加居住街区的全年节能率。当仅屋顶使用冷性材料时，形态P-SL-F6的全年节能率最高，比形态P-SL-F28高0.76%。
(2)对于高层建筑，西立面、东立面和北立面使用冷性材料的全年节能率分别为0.55–0.86%、0.39–0.60%和0.43–0.91%。然而，南立面使用冷性和超冷材料对全年周期建筑节能不利。例如，在南立面使用冷性材料增加了形态P-PO-F6、P-SL-F6、S-SL-F10和S-SL-F28全年建筑能耗0.08–1.65 kWh/m2。
(3)考虑到使用辐射制冷材料的电费节省金额和材料投资成本，无论是冷性材料还是超冷材料，方案4-RNWE都比其他方案更具优势。假设冷性和超冷材料的使用寿命为八年，冷性和超冷材料的总投资应低于3.0元人民币/平方米和3.7元人民币/平方米才能够为居民带来电费节省收益。
作者
Fusuo Xu1, Dongdong Tian1, Zhi Gao1*, Jianshun Jensen Zhang2,1
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该论文的第一作者是南京大学建筑与城市规划学院博士生徐福锁，通讯作者为南京大学建筑与城市规划学院副教授郜志，共同作者包括美国雪城大学教授、南京大学客座教授、博士生导师张建舜和课题组博士生田东东。
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建筑表面朝向对辐射制冷材料节能潜力的影响
期刊介绍
Building Simulation 2008年创刊，是世界上第一本有关建筑模拟领域最新研究成果的英文学术期刊，跨多种学科领域，涉及建筑技术、土木工程、建筑学、环境工程、能源及动力工程等，致力于为中外同行提供一个高水平的学术交流平台。被SCI、EI Compendex、Scopus、CSCD等数据库收录。2024年SCI影响因子6.1，在JCR两个学科领域均位于Q1区；位于中科院期刊分区，工程技术类1区。
