天空辐射制冷作为一种新兴节能技术,旨在利用辐射器的辐射特性在太阳能波段反射大部分太阳辐射,在8～13μm波段内的“大气窗口”将热量发射给天空,实现自身的辐射冷却,以无额外消耗任何能源和不产生污染物的优势将多余的热量传递到外太空,这使得它在缓解温室效应和城市热岛效应的方面具有巨大的应用潜力。正是这样的辐射特性,为解决能源短缺和减少碳排放等问题提供了新的方案和思路。基于此,本文提出一种光栅选择性结构,利用光栅微结构表面特性对其辐射特性的影响,凭借其所产生的电磁特性,对辐射器的波长选择性进行调控,深入探究微尺度结构下辐射特性的调控方法。根据影响光栅结构吸收特性的关键性因素,利用粒子群优化算法对光栅选择性结构进行参数优化。将优化结构应用到实际的制冷循环中研究其制冷性能,充分利用其特性解决现有问题,提高辐射器的制冷性能,为光栅选择性结构在天空辐射制冷技术中的实际应用提供一定的理论基础。本文主要研究内容如下:鉴于周期性光栅结构在不同尺度下具有不同的辐射机制,本文研究了简单光栅辐射特性随光线入射角度、光栅周期、光栅高度、光栅占空比的变化规律。研究结果表明磁极化对光线入射角度不敏感,比表面等离子激元极化更适宜作为调控辐射特性的共振机制,其主要出现在中远红外波长区域,是激发高吸收峰的主要共振机制。光栅高度对光栅吸收率的影响最大,可通过调节光栅高度的大小来调节磁极化共振峰值大小,以激发更多的高吸收率峰。此外,调节光栅区域的不同材料的占比,也可以产生最大的共振效应,获取最佳的吸收率。为了获得最佳的光谱吸收率,本文在光栅结构关键性因素下,对光栅选择性结构进行参数优化。研究表明最优光栅选择性结构在太阳直射下可以反射95.1%的吸收,大气窗口波段内的平均发射率为88.04%。白天在太阳直射下可以实现72.42 W/m~2的制冷功率,在夜间可以实现121.47 W/m~2的制冷功率,其制冷能力优于80%以上的辐射器。通过辐射特性分析结果可知,从结构上调控光谱特性可以通过增加光栅层高而获得高吸收峰,从材料上调控光谱特性可以选择不同的材料交替作为光栅层材料来获得更加高而宽的吸收率带。从理论的角度分析得出最优光栅选择性结构具有良好的制冷性能。研究光栅选择性结构在实际制冷系统的影响因素有助于提高其在实际应用中的制冷能力。本文利用最优光栅选择性结构搭建了光栅选择性无源天空辐射制冷系统,研究了南昌地区最热月室内温度、系统运行性能及系统能效的变化规律。研究表明在每日工作时间段室内平均温度比室外温度平均低10.44～18.33℃,室外风速是光栅选择性无源辐射制冷系统制冷性能的最大影响因素。当采用该系统时建议在辐射器周围加装挡风装置以增加净制冷量。此外,采用蓄冷罐给房间供冷的运行模式,即可满足制冷的需求。