被动冷却技术
理论：以天空和夜晚为冷源
概述
不用空调冷却建筑，现实性有多大？
自然冷源有两个。一个是夜空：宇宙非常冷，晴朗夜晚朝上的表面发射红外线，冷却到低于气温。另一个是夜间凉爽空气，用它预冷建筑的混凝土，第二天就能吸收热量。两者几乎不耗能，但能冷却的量有上限，还受湿度和天气影响。所以要先用保温和遮阳减少冷负荷，再用数值估算它们能承担多少剩余负荷。
辐射制冷
ε为表面发射率，ε_sky为晴空有效发射率（Berdahl-Martin公式），T_d为露点温度（℃），R为日射反射率，G_sun为日射量。不含周围空气的对流得热。
夜间通风与蓄热
δ为一天周期（P = 86,400秒）温度变化所及深度。混凝土导热系数1.4 W/mK，密度2,300 kg/m³，比热880 J/kgK。V̇为夜间t_night内以空气温升ΔT_air带走热量所需风量。
白天辐射制冷
向夜空的辐射制冷早已为人所知，干旱地区曾用它在夜间制冰。白天因日射热量占优被认为难以实现，但2014年斯坦福大学Raman等人制作了反射97%日射、同时在大气红外透明波段（8～13 μm）强烈辐射的多层膜，证明在直射阳光下能比气温低约5℃。此后白天辐射制冷材料的开发十分活跃。
算例
例1：辐射制冷净冷量（气温25℃、发射率0.95）
| 露点 | 天空发射率 | 夜间 | 白天（反射率95%） | 白天（反射率85%） |
|---|---|---|---|---|
| 10 ℃ | 0.774 | 96 W/m² | 56 W/m² | −24 W/m² |
| 15 ℃ | 0.811 | 80 W/m² | 40 W/m² | −40 W/m² |
| 20 ℃ | 0.852 | 63 W/m² | 23 W/m² | −57 W/m² |
白天日射取800 W/m²。负值表示不冷反热。25℃黑体辐射为448 W/m²，净冷却仅为其一至二成。
例2：夜间通风（裸露混凝土100 m²）
| 项目 | 值 |
|---|---|
| 一天周期温度变化深度 | 0.138 m |
| 每平方米每1 K蓄热 | 279 kJ |
| 冷却3 K时蓄冷量 | 23.3 kWh |
| 白天得热（30 W/m²×10小时） | 30 kWh |
| 可吸收比例 | 78% |
| 所需夜间风量（8小时、空气温升4 K） | 约2,170 m³/时（体积300 m³时换气7.2次/时） |
同样是白色涂料，反射率95%还是85%，冷却和吸热就反过来了。
日射有800 W/m²，吸收率10%的差别就是80 W/m²的差别，与夜间辐射制冷量大致相当。普通白漆看起来白，但会吸收部分紫外线和近红外线，反射率多为80～85%左右。白天冷却到低于气温，需要几乎完全反射日射、同时在8～13 μm强烈发射红外线的材料。稍微吸收一点日射就会适得其反，所以选择屋面材料时要同时看日射反射率和红外发射率。还要注意湿度高的地区天空发射率升高，效果变小。
规划与评估流程
- 先用保温和遮阳减少冷负荷本身。
- 根据当地气温、露点、云量估算辐射制冷和夜间通风效果。
- 夜间通风要让混凝土在室内裸露，并确保足够风量。
- 用逐时模拟计算室温变化，确认是否在舒适范围内。
- 潮湿时期效果下降，要规划辅助供冷。
“夜间通风无效的办公室”
某办公室引入夜间通风，但第二天室温几乎没有下降。调查发现，顶板是混凝土，但下面有吊顶，地面也铺着地毯。需要冷却的混凝土几乎与室内空气隔开，夜间冷却不了，白天也吸不了热。把吊顶换成开孔多的形式后，第二天最高室温下降约2℃。热容不仅要有量，还必须与空气接触。
常见错误
错误与对策
| 错误 | 后果 | 对策 |
|---|---|---|
| 不考虑湿度 | 高估辐射制冷 | 由露点求天空发射率 |
| 凭目测白度判断反射率 | 白天反而吸热 | 测量日射反射率 |
| 覆盖混凝土 | 蓄热不起作用 | 在室内裸露 |
| 夜间风量不足 | 冷却不足 | 计算所需风量 |
| 忽略对流得热 | 高估冷量 | 考虑风和保温罩 |
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