文章导读
冷屋面能缓解夏季高温，却在寒潮期持续散热，反而推高供暖能耗与低温死亡风险。清华大学建筑学院与深圳国际研究生院团队构建城市气候—建筑能耗—健康多尺度耦合评估框架，覆盖6座代表性城市，量化温度自适应辐射制冷屋面的跨季节效益。静态制冷使热浪期峰值气温降1.1至2.3摄氏度，但寒潮期供暖能耗上升7.2%至38.3%。仅引入温度自适应热辐射率，能否在保留夏季降温的同时化解冬季代价？
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极端高温和寒潮日益频发，城市亟需低成本、可持续的被动式气候响应技术。静态辐射制冷屋面等传统冷屋面能够降低夏季城市温度和空调能耗，但其性能固定，冬季仍会持续向外散热，导致城市过冷，并推高供暖能耗、碳排放和低温相关死亡风险。现有研究多停留在材料或单体建筑层面，温度自适应辐射制冷（TARC）能否在城市尺度上带来跨季节综合收益尚不明确。因此，如何以冷热双端极端事件检验被动式屋面的综合效益，并据此确定不同城市的配置策略，是提升城市气候适应性的关键。
温度自适应辐射率化解传统冷屋面的冬季过冷代价
近日，建筑学院教授林波荣、深圳国际研究生院副教授吕帅、董恺琛合作围绕极端气候城市适应性开展研究，构建了城市气候–建筑能耗–健康多尺度耦合评估框架，并覆盖严寒、寒冷、夏热冬冷和夏热冬暖地区的6座代表性城市，系统量化了屋顶规模化部署TARC对城市气候、建筑能耗、碳排放和温度相关死亡的综合影响。
结果表明，静态辐射制冷虽可使热浪期城市峰值气温降低1.1至2.3摄氏度，但寒潮期会使区域供暖能耗上升7.2%至38.3%。按热浪和寒潮天数加权后，6座城市的净死亡人数均有所增加。在相同太阳反射率下，TARC仅引入温度自适应的热辐射率，便能在保留夏季降温效果的同时，基本消除甚至逆转这一冬季过冷代价。以上海为例，加权净节能率由0.5%提升至10.9%；6座城市的加权净死亡人数均由增加转为减少。
研究还发现，太阳反射率可作为独立的设计参数调节冬夏效益分配。以节能为目标时，偏暖城市宜取较高反射率，偏冷城市宜取较低反射率，各城市最优加权净节能率达7.7%至22.2%；以健康为目标时，各城市均以0.2的低反射率为最优。总体而言，该成果建立了以冷热双端极端事件检验性能、以多尺度耦合模型量化综合效益、以城市差异化配置实现精准适应的技术路径，推动城市被动降温研究从单纯追求夏季排热转向冬夏兼顾，为自适应被动式建筑屋面的推广应用和气候韧性城市政策的制定提供了科学依据。
相关研究成果以“温度自适应辐射率化解传统冷屋面的冬季过冷代价”（Temperature-adaptive emissivity resolves the winter penalty of conventional cool-roof strategies）为题，于11月3日发表在《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）。
清华大学深圳国际研究生院2022级博士生曾天成为论文第一作者；林波荣教授、吕帅副教授和董恺琛副教授为论文共同通讯作者。合作者包括悉尼大学理查德·德·迪尔（Richard de Dear）教授、新南威尔士大学马蒂奥斯·桑塔莫里斯（Matthaios Santamouris）教授等。
本研究得到了国家自然科学基金青年科学基金延续项目、国家自然科学基金青年科学基金、国家自然科学基金、国家重点研发计划、深圳市科技重大专项等项目资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1039/d6ee04639h
供稿：建筑学院
编辑：李华山
审核：王晓霞
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