能源是制约我国经济社会发展的瓶颈问题之一,高效利用能源,降低能源消耗,是我国经济健康可持续发展的重要保障。发达国家建筑能耗在社会总的能源消耗中所占的比例通常为30%～40%,产生建筑耗能的最大需求是采暖和空调。据统计,我国采暖和空调的能耗占建筑总能耗的55%。国家住房和建设部公布的数据显示,全国每年新增20亿平方米建筑面积中80%均属于高能耗建筑,既有的430亿平方米建筑面积中高能耗建筑的比例更高达95%;而且与同等气候条件的国家相比,我国住宅类建筑的单位面积使用能耗要高出2～3倍,因此我国建筑领域的节能潜力十分巨大。本文针对建筑的冷、热负荷以及能量在建筑物中的输运机制,围绕透明和非透明建筑围护结构的辐射特性,所开展的主要研究工作如下:一、开发了BuildingEnergy建筑动态负荷及能耗模拟软件,采用符合国际标准的ASHRAE 140标准算例对软件进行了考核,同时进行了大量的实验测试,结果表明:BuildingEnergy可以正确预测主动控温模式下的室内动态冷热负荷,以及被动态下的室内温度变化,最大误差不超过8.9%。二、以不透明围护结构辐射特性为主要研究对象,建立了隔热涂层抑制夏季与冬季能量输运、改善建传热性能的理论模型。利用BuildingEnergy软件,研究了建筑外表面太阳吸收率、长波热发射率对建筑能耗及室内热环境的影响规律,分析评估了年周期的能耗。研究发现:在北京地区使用隔热涂层,冬季采暖能耗的增量接近夏季空调能耗的减少,没有明显的节能收益;夏热冬冷类型的上海地区,隔热涂层对全年能耗的影响与冬季采暖的方式有关,采用空调制暖,基本没有节能收益,采用集中供暖方式,无保温层建筑加装隔热涂层全年节能收益可以达5.6kWh/m2,有保温层建筑加装隔热涂层可达2.1 kWh/m2;夏热冬暖的广州地区,与使用保温层相比,使用隔热涂层降低建筑空调能耗的效果显著,单位面积节能收益是加装保温层时的1.85倍。最后,研究分析了一栋六层居民建筑的热负荷,指出了通过调节建筑非透明表面辐射特性,理论上所能达到的能耗最低极限值,从而指出了该方法的节能潜力。作者还以中国地域面积广泛、经济文化发达的三个重要热工气候区内的一栋六层居民建筑为研究对象,分别讨论分析了建筑热负荷最高的顶层房间,以及整栋建筑的全年能耗情况,并指出了通过调节建筑不透明围护结构表面辐射特性所能达到的最低能耗。按整栋楼的室内实际使用面积取平均值,北京为29.3 kWhe/m2,上海为36.3kWhe/m2(假定冬季为热泵采暖),广州为5.6kWhe/m2。这些具体结果的意义在于指出了通过调节建筑非透明表面辐射特性,理论上所能达到的能耗最低极限值,从而划定了该方法的节能潜在能力的范围。同时,还可以用这些极限低值作为建筑能耗无量纲化的基础,从而很方便地得到各种直观的建筑能耗指数。三、利用BuildingEnergy软件,分析了透明围护结构的太阳光谱透过率、太阳吸收率、长波热发射率对建筑冷、热负荷的影响,进行了全年周期的能耗分析与评估。分析了发射率镀膜玻璃—有色玻璃结构的翻转窗的节能机理,设计了三种结构类型并分别进行了模拟计算,得到了调节建筑透明围护结构辐射特性所能达到的最低能耗。提出了一种由一片透明玻璃和一片在封闭空腔侧表面镀有low-e薄膜的有色吸热玻璃组成的翻转窗,当有色吸热玻璃太阳光谱积分透过率最小为0.38时,吸收率最大为0.55;空腔侧长波热发射率为0时,翻转窗可使建筑物能耗达到全年最小值,为21.5kWhe/m2。