【Applied Energy最新原创论文】中国住宅建筑侧墙表面辐射制冷性能的现场测试与评估

学术   2025-01-01 18:30   美国  

原文信息:

A field test and evaluation of radiative cooling performance as applied on the sidewall surfaces of residential buildings in China

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.124961

Highlights

(1) 对住宅建筑侧墙的辐射制冷性能进行了研究

(2) 在中国浙江省的一栋建筑上进行了为期259天的现场测试

(3) 不同类型房间的实测最大制冷功率为9.4–16 W/m²

(4) 探究了不同制冷功率与气象参数之间的关系

(5) 评估了此类建筑辐射制冷的节能潜力

Research gap

本研究展现了辐射制冷材料应用于中国“夏热冬冷”地区住宅建筑侧墙的制冷效果和节能潜力。该研究不仅为辐射制冷技术在住宅建筑侧墙的推广提供了数据支持,同时为其他具有相似建筑运行条件和气候特征的地区或国家实现建筑降碳提供了技术应用指导。


摘要

为了研究辐射制冷材料应用于建筑侧墙外表面的节能效果,本研究在中国浙江省一栋典型的分体式多层住宅建筑中进行。实地测试共259天,覆盖四个季节。对照组和实验组分别采用两种类型的房间(中间套和边套)。通过测量对照房间和实验房间墙体的热流,得到了辐射制冷材料的有效制冷功率。结果显示,两组中间套的平均制冷功率分别为0.8 W/m²和1.0 W/m²,边套的平均制冷功率为1.0 W/m²。使用EnergyPlus软件开发了住宅建筑的模型。通过“其他设备”模块将测得的辐射制冷有效功率输入模型中,解决了因辐射制冷材料在不同角度下的光谱选择性导致的节能效果预测偏差问题。在与实测结果验证后,利用该模型评估了辐射制冷侧墙的节能性能。结果表明,在中国“夏热冬冷”地区,与传统侧墙相比,住宅建筑采用辐射制冷侧墙时,其制冷季节(5月至10月)的节能率达1.5%。

更多关于"辐射冷却"的研究详见:

https://www.sciencedirect.com/search?qs=radiative%20cooling&pub=Applied%20Energy&cid=271429

Abstract

To investigate the energy-saving effect of radiative cooling materials when applied to the external surfaces of the side walls of buildings, the present study was carried out in a typical room-split multi-story residential building in Zhejiang province, China. The field test was conducted for a period of 259 days across all four seasons. Two types of rooms (middle rooms and side rooms) were selected to set up the control and experimental groups. By measuring the heat fluxes through the walls of both the control and experimental rooms, the effective cooling power of the radiative cooling materials was determined. The results show that the average cooling power calculated from the two sets of the middle rooms is 0.8 W/m2 and 1.0 W/m2, and the average cooling power of the side room is 1.0 W/m2. A model of the residential building was then developed using EnergyPlus code. The measured effective cooling power of radiative cooling was embedded into the model via the “Other Equipment” module that resolves the issue of deviation in the prediction of energy-saving effect due to the spectral selectivity of radiative cooling materials at different angles. After verifying with the measured results, the model was used to evaluate the energy-saving performance of the radiatively-cooled sidewalls. Compared with traditional sidewalls, the energy-saving rate during the cooling season (from May to October) was found to be up to 1.5 % when radiative cooling is applied on the sidewalls of residential buildings in “hot summer and cold winter” regions in China.

Keywords

Radiative cooling

Building energy efficiency

"Hot summer and cold winter" region

Residential building

Sidewall

Graphics

图1 实验建筑:(a) 卫星照片;(b) 外观视图;(c) 实验室位置;(d) 中间套窗台墙测量点位置;(e) 窗台墙的构造深度及墙内外测量点的安装;(f) 边套边墙测量点位置;(e) 边墙的构造深度及墙内外测量点的安装


图2 实验前后辐射制冷材料的光学性质:(a) 反射率;(b) 发射率


图3  R1和R4的测量温度数据和有效制冷功率:(a) 室内空气温度;(b) R1窗台温度;(c) R4窗台温度;(d) 热流


图4 R2和R5的测量温度数据和有效制冷功率:(a) 室内空气温度;(b) R2窗台温度;(c) R5窗台温度;(d) 热流


图5  R3和R6的测量温度数据:(a) 室内空气温度;(b) R3窗台墙温度;(c) R3边墙温度;(d) R6窗台墙温度;(c) R6边墙温度


图6 R3和R6不同墙体的热流和平均制冷功率:(a) 窗台墙;(b) 边墙;(c) R6的平均制冷功率


图7 当地气象数据和相关性矩阵:(a) 环境温度;(b) 环境湿度;(c) 太阳辐射;(d) 风速;(e) R4的制冷功率与气象参数的相关矩阵;(f) R6的制冷功率与气象参数的相关性矩阵


图 8. 模拟值与实测值的比较:(a) R1;(b) R4;(c) 应用辐射制冷前后模拟的冷却能耗

作者介绍

    本研究由浙江大学、浙江省二建建设集团有限公司的研究人员共同完成。


通信作者简介:

    范利武,浙江大学能源工程学院研究员、长聘副教授,博士生导师,入选国家级青年人才计划,担任浙江大学创新创业学院副院长、能源工程学院热工与动力系统研究所所长。长期从事能源转化、利用与存储过程中的复杂多尺度相变传热传质与流动现象研究。以第一/通讯作者在Nat. Commun. (×2), Cell Rep. Phys. Sci., Adv. Funct. Mater., Environ. Sci. & Technol.和J. Fluid Mech.等国际期刊上发表论文120余篇,共被SCI他引逾7000次,8篇曾入选ESI高被引论文、1篇曾入选ESI热点论文,H-Index为45。获得中国工程热物理学会第14届吴仲华优秀青年学者奖,并入选2023爱思唯尔中国高被引学者。

第一作者简介:

    王泽业,浙江大学能源工程学院2024级硕博连读生,主要从事面向建筑节能的耐候性辐射制冷材料表面改性及建筑尺度应用研究。以第一作者发表SCI论文1篇。


关于Applied Energy

本期小编:周益帆;审核人:赵蕾蕾

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