加州大学洛杉矶分校Raman课题组Nat.Suatian.：通过辐射冷却和红外反射墙实现高效的室外热舒适

随着气候变化的加剧，极端高温事件的频发。由于可提供远距离冷却，而没有无限制空气调节的低效率，主动辐射冷却在室外热舒适调控方面前景广阔。但是为了使辐射冷却结构有效，绝大多数内部表面必须采用主动冷却，通常使用明显不透明的面板，这增加了实用性和安全性问题。本研究展现了一种在室外实现热舒适的冷却结构，该结构使用轻微的辐射冷却，并使用透明的红外反射表面来放大这种冷却效果。本文首先推导了一个解析模型，该模型将平均辐射温度与结构中冷表面和反射表面的比例联系起来。然后通过实验展示了这样的结构，人体测试揭示了实际热舒适性的增强。相关工作以Efficient outdoor thermal comfort via radiant cooling and infrared-reflective walls为题发表在Nature Sustainability期刊。

本文设计了一种辐射冷却墙体结构，通过射线追踪模型量化了不同红外反射墙面比例（1面与3面）及反射率（58%与 90%）对平均辐射温度（MRT）分布的影响，表明高反射率墙面可降低中心点MRT超2°C（图1）。实验结果与模拟对比显示，红外反射面（rIR=0.454）较发射表面（rIR=0.156）额外降低MRT约1.5℃，验证了反射材料对增强辐射冷却效率的作用（图2）。该结构被应用于帐篷内冷却，现场测试结构的光谱分析（可见光透射率16.7%，红外反射率58%）与热成像表明，半金属化聚合物结合主动冷却面板（8.2°C供水温度）实现MRT 28.6°C的实测性能（图3）。根据热舒适调查显示，在30名测试者中，冷却结构下热感比例下降至13%，86.7%对温度感到满意（图4）。

图1.带反射面辐射冷却结构中MRT的射线追踪模型。（a）装置示意图。MRT是在1 × 1 × 2 m3矩形棱镜内沿1 m高度的蓝色平面计算的。黑色垂直墙设置为12°C，代表主动冷却表面，其他垂直墙设置为22.5°C的环境温度；左边是带有一面反射墙的结构；右边是三面反射墙的结构。（b）1米高度的蓝色水平面上的MRT。上一行反射壁反射率设为0.58，表示半金属化聚合物薄膜的光谱平均反射率在308 K时被黑体发射度加权。下一行，反射率设置为0.90，代表一个真实的超低发射率表面。

图2.反射面对MRT降低的实验研究。（a）六角形辐射冷却结构示意图及水循环辐射冷却板的构造。(b)反射面（rIR= 0.454）和发射面（rIR= 0.156）在20°处的光谱反射率和0°处的透射率。(c)半金属化聚合物在400 ~ 4000 nm的透光率，平均可见透光率为17.6%。在585 nm处，薄膜的太阳光谱加权平均透过率为16.7%，最小可见光透过率为11.4%。(d)不同六角形棱镜结构内的MRT随面板反射率的增加。用非常反射的表面对结构进行建模（rIR= 0.90）。实验数据用黑色圈起来并做了标记。利用实验中存在的环境辐射，建模数据预测了其余三种结构模式的性能。实验照片显示反射表面可见的半透明。

图3.具有反射表面的辐射冷却结构现场测试。(a)帐篷结构示意图，显示了与参与者相关的冷却板位置，以及其他关键特征的功能，如半金属化聚合物和被动、辐射冷却、太阳能反射屋顶。(b)作为反射面的半金属化聚合物在20°处的光谱反射率和0°处的透射率。(c)窗膜在正常入射下的可见光和近红外透射率。可见光平均光谱（400-750 nm）为26.9%，太阳光谱加权透射率为22.1%。(d)可见光、漫反射的太阳反射、被动辐射冷却屋顶。（e）逆回管路布置示意图。（f）圣费尔南多旧货市场演示中冷却结构内部的热像仪图像。

图4.热舒适调查结果。30名参与者对两个选定的调查问题的回答，他们分别在没有任何结构的情况下、在阴凉处和在冷却结构中待了1分钟。（a）对于“温度方面，你现在感觉怎么样？”（b）回答“你对此刻的气温有多满意？”

小结：综上所述，为解决室外高温危害的问题，本文通过结合室外辐射冷却结构和可见透明的红外反射表面，在保持封闭辐射冷却以提高人体热舒适度的同时，实现了对室外环境的视觉开放。实验验证了该结构在降低环境辐射热负荷和提升人体热舒适方面的有效性，并通过用户调查证实其实际应用潜力，为极端热环境下户外空间的可持续降温提供了创新解决方案。

论文信息：Abraham, David E., et al. "Efficient outdoor thermal comfort via radiant cooling and infrared-reflective walls." Nature Sustainability (2025): 1-9.

https://doi.org/10.1038/s41893-025-01558-0

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