太阳能辐射可控式双层通风幕墙优化设计及其对绿色建筑自然通风的增强机制

针对自然通风双层幕墙(NVDSF)在可变太阳辐射强度下百叶窗倾角优化策略缺失的问题，研究人员通过实验与理论模型揭示了300-700 W/m2辐射范围内进出口百叶窗最佳倾角组合(θo=90°/θi=60°@>500 W/m2)，使通风效率提升33.1-63.5%，为不同气候区建筑节能设计提供关键技术支撑。

　　

随着全球建筑能耗占比攀升至三分之一，维持室内热舒适的能耗占比高达40-60%，优化建筑围护结构成为节能关键。自然通风双层幕墙(Naturally Ventilated Double Skin Fa?ades, NVDSF)通过内外玻璃层形成的空气腔体，利用太阳能驱动热浮力通风，兼具节能与热调节优势。然而，现有研究多聚焦单一气候条件下的数值模拟，对可调百叶窗在动态太阳辐射(300-700 W/m²)下的耦合调控机制缺乏实验验证，更未建立整合辐射强度与百叶倾角(θ_i/θ_o)的理论模型，严重制约NVDSF在不同气候区的精准应用。

为破解这一难题，由应急管理部消防救援局重点研发计划和国家自然科学基金资助的研究团队，通过室内实验平台与理论建模相结合，系统探究了太阳辐射与进出口百叶倾角(15°-90°)对NVDSF通风性能的协同影响。研究采用太阳辐射模拟装置精确控制辐射强度，通过热电偶阵列监测空腔温度场，结合粒子图像测速技术量化气流组织，并构建了考虑理想气体方程与伯努利效应的通风量预测模型。

实验装置与辐射控制
测试平台包含2.0 m×2.0 m×2.0 m的实验舱和NVDSF系统，外窗设置1.0 m×0.6 m的通风口。太阳辐射被外玻璃吸收后传导至空腔，形成温度梯度驱动气流上升（图3a-b）。实验证实辐射强度显著影响最佳百叶组合：当辐射≤500 W/m²时，进出口百叶均垂直(θ_o=θ_i=90°)可最大化通风；而辐射>500 W/m²时，出口垂直+进口60°(θ_o=90°/θ_i=60°)的组合使通风量较传统45°固定倾角提升63.5%。

理论模型创新
研究首次建立整合太阳辐射与双百叶倾角的NVDSF通风理论模型，通过引入修正系数K_θ量化百叶角度对气流阻力的影响，推导出包含辐射吸热量Q_abs、空腔高度H与倾角函数的通风量预测方程。模型验证显示预测误差<8%，成功揭示500 W/m²辐射阈值下百叶调控机制的转变：低辐射时最大化通道截面积是关键，而高辐射需平衡热压差与流动阻力。

工程应用价值
该研究为NVDSF动态调控提供普适性策略：通过实时监测太阳辐射自动调节百叶角度，可使年通风能耗降低18%-22%。案例模拟显示，在热带地区采用θ_o=90°/θ_i=60°组合可使空调负荷下降31%，而温带地区采用垂直百叶模式可延长自然通风时长40%。

这项发表于《Renewable Energy》的研究，不仅填补了可变辐射条件下NVDSF实验研究的空白，其建立的理论模型更成为跨气候区幕墙设计的通用工具。第一作者Xiaoqing Zhao与通讯作者Long Shi强调，未来可结合机器学习进一步优化动态控制算法，推动NVDSF在近零能耗建筑中的规模化应用。该成果被同行评价为"建筑节能领域从机理研究到工程转化的典范"，相关技术已纳入《绿色建筑评价标准》修订草案。