回归反射材料对高层高密度建筑群区域热环境和能耗的影响研究

The research object of reflective materials has been mainly focused on the high reflective material, which can reduce the target building solar radiation heat gain, but will increase the radiation heat gain of nearby buildings or streets through the diffuse reflection or mirror reflection. Essentially, the radiation heat gain is only transferred, so high reflective material cannot solve the deteriorating heat island effect and the more serious complex thermal environment problems in high-rise and high-density building groups. Based on this, the scientific problem is put forward on the influence mechanism of the retro-reflective materials on the regional thermal environment and building energy consumption in the high-rise and high-density building groups. Retro-reflective material is a new one that can reflect the solar radiation back in the original direction. Its integration in the building surface can reduce the heat gain of the building radiation, and has no thermal distribution on the adjacent buildings. This project analyzes the optical mechanism and its influencing factors of retro-reflective materials, and solves the attenuation problem of retro-reflective optical characteristics under the large incidence angle. The effect of the optical properties of building surfaces was studied on the time and space distribution characteristics of direct and scattered radiation in high-rise and high-density building groups to reveal influence law of the retro-reflective materials on the thermal environment of buildings area, building energy consumption and indoor thermal environment under the effect of double factors. Finally, a comprehensive benefit map of retro- reflective materials is drawn in our country for the application of retro-reflection materials in the field of building foundation.

现有反射材料的研究主要集中在高反射材料，其通过漫反射或扩散镜面反射，降低目标建筑太阳辐射得热，但会增加附近建筑或街道的辐射得热，本质上是将辐射得热进行转移，并不能解决日益恶化的热岛效应及更严重的高层高密度建筑群热环境问题。基于此，提出了回归反射材料对高层高密度建筑群区域热环境及建筑能耗的影响机理的科学问题。回归反射材料是一种可将太阳辐射按原方向反射回去的新型材料，将其复合在建筑表面可以降低建筑辐射得热，且对相邻建筑无任何热影响。本项目分析回归反射材料的光学机理和影响要素，解决大入射角度下回归反射光学特性衰减的难题；研究建筑表面材料的光学特性对高层高密度建筑群内太阳直射、散射辐射的时空分布特性影响，揭示回归反射材料对建筑群区域热环境的影响规律及在双因素作用下，对建筑能耗和室内热环境的影响机制，并绘制一套基于我国版图的回归反射材料综合效益热力图，为回归反射材料在建筑领域的应用奠定基础。

传统的高反射材料，通过漫反射的形式降低目标建筑太阳辐射得热，会增加附近建筑或街道的辐射得热，不能缓解日益恶化的热岛效应。回归反射材料能够沿入射辐射方向反射太阳辐射，可以降低建筑辐射得热。本项目对回归反射材料的光学特性、反射率测量、性能应用等内容进行了系统性综合阐述；与上海辰昶仪器公司合作，研制开发了可见光-近红外光谱仪系统，实现了材料任意入射角度下的回归反射率光谱测量；对玻璃珠式与棱镜式回归反射材料进行了自然条件下为期12个月的耐候性测试，以及老化时间为5年、25年、50年、100年的实验室加速老化测试，评估了回归反射材料的长期性能；制备了新型的玻璃珠式回归反射材料，分别研究了玻璃微珠的折射率、尺寸对于回归反射材料光学性能的影响；建立了两个庭院式高密度建筑群模型，分别涂覆高反射材料和回归反射材料，测量了两种模式下的区域反照率、壁面温度和空气温度，分析了其对区域热环境的改善效果；建立了三种典型的高密度建筑群模型，即行列式式、三面围合式和四面围合式，分别涂覆高反射材料和回归反射材料，测量了三种形式建筑群的区域反照率、壁面温度和空气温度，分析了回归反射材料在不同形式的高密度建筑群的应用效率；通过对热环境数据的监测和模型实验数据的收集，以及对ENVI-met 和 EnergePlus两大软件平台的耦合，完成了对不同地区建筑能耗的模拟分析，对回归反射材料的建筑应用的综合效益进行对比评价；针对回归反射材料在冬季应用效果不佳的情况，提出了一种热致变色回归反射复合材料的发明专利，可极大的降低了建筑能耗；通过数值模拟的方式研究了以南京市为代表的夏热冬冷地区，可变太阳辐射反射率涂层和不同静态恒定太阳辐射反射率涂层对建筑室内热环境及建筑能耗的影响机理。项目拓展了研究内容，丰富了关于回归反射材料对建筑热环境影响的认识，成果在建筑节能领域得到了初步应用。