可再生能源利用是建筑节能的重要手段。其中,太阳能作为一种清洁、普遍、长久的绿色能源,具有常规能源无法比拟的优势。平板型太阳能集热器承压能力强、便于与建筑一体化,在太阳能热利用市场有较高占比。同时,由于外太空的温度接近于绝对零度,是非常理想的天然冷源。夜空辐射制冷器可以利用8～14μm波段的“大气窗口”与外太空进行辐射换热,实现被动制冷,具备很强的节能潜力。由于平板型太阳能集热器和夜空辐射制冷器在结构上具有相似性,在工作时段上具有互补性,因此可以将两种装置一体化:在白天收集太阳能热量为用户提供热水;在夜晚以天空作为冷源实现辐射制冷,降低夏季空调能耗。为实现辐射制冷功能,现有一体化装置的透明盖板采用对全波段高透过率的PE薄膜。在白天集热模式下,盖板只起到“风屏”作用,长波辐射热损失很大,无法达到较高的集热温度和集热效率。本论文致力于解决白天辐射热损失和夜空辐射制冷之间的矛盾,开发一种两者兼顾的太阳能集热和夜空辐射制冷一体化装置。首先,论文分析了太阳和夜空的辐射特性、集热/辐射制冷装置的基本传热特性,设计了兼顾白天集热、夜间制冷的一体化装置的基本结构,提出了对装置关键部件传热性能,特别是热辐射性能的基本要求。该装置在传统平板型太阳能集热器的基础上,以玻璃盖板为辐射制冷表面,以盖板和集热板芯之间的空气夹层为载冷工质流道,以此实现辐射制冷功能。为提高制冷功率,在玻璃盖板外表面贴附一层透明的辐射制冷薄膜,并在装置顶面加盖“风屏”。其中,理想的辐射制冷薄膜应在太阳能热利用波段有高透过率,在“大气窗口”波段有高发射率,在“大气窗口”以外的中远红外波段有高反射率;理想的“风屏”应在太阳能热利用波段和“大气窗口”波段均具有高透过率,在“大气窗口”以外的中远红外波段有高反射率。本论文选用PET膜作为辐射制冷薄膜,PE膜作为“风屏”。然后,论文对一体化装置建立了瞬态一维传热的理论模型,分项列出了玻璃盖板、载冷工质和集热板芯的热平衡方程,提出了理论模型的求解方法:将理论传热模型离散化,以装置进口温度、工质流量、环境参数、装置的结构参数和表面温度等作为边界条件和初始条件,利用Matlab软件编程对热平衡方程组迭代求解,对装置出口温度和有效制冷功率进行数值计算。其中,论文重点讨论了模型有效辐射项的计算方法,认为装置制冷表面只在“大气窗口”波段有明显的光谱选择性,视其在“大气窗口”波段和其它中远红外波段的发射率分别为一个定值,简化了有效辐射的计算,同时也保证了一定的精确度。接下来,根据设计方案搭建一体化装置的试验平台,测试装置的集热/辐射制冷性能,同时对瞬态传热理论模型进行验证。设计两组静态对比试验,分析单双层PE膜结构和是否敷设PET膜对装置制冷性能的影响:若以未通气状态下玻璃盖板表面与环境之间的温差作为衡量装置辐射制冷性能的指标,与单层PE膜结构相比,采用双层PE膜结构,装置制冷性能提高10%;与未敷设PET膜的装置相比,在玻璃盖板表面敷设一层PET膜,装置辐射制冷性能提高36%。设计两组连续通气试验,在测试条件下,空气经装置冷却温度可降低2.4～5.6℃,装置的单位面积制冷功率为6.4～15.2W/m2;测试得到的装置出口温度和单位面积制冷功率与模型计算结果吻合程度较高,其中,装置出口温度理论值和实测值的绝对误差在0.07℃～0.73℃之间,单位面积制冷功率理论值和实测值的相对误差在0.43%～25.2%之间,均方根误差为12.2%。对一体化装置和平板型太阳能集热器进行集热对比试验,研究附加结构对装置集热性能的影响,测试得到一体化装置的瞬态截距集热效率提高15.3%,总热损失系数降低32%。最后,利用装置理论传热模型,分别对不同工质类型、不同环境参数（环境干球温度、环境湿度等）、设计参数（空气保温层厚度、空气流道高度、关键部件辐射性能等）和运行参数（工质进口温度、工质质量流量等）下的装置出口温度及单位面积制冷功率进行数值计算,分析各因素对装置制冷性能的影响,再针对各影响因素提出对应的装置优化方案。装置优化后,单位面积制冷功率显著提高,约为优化前单位面积制冷功率的3倍。选取乌鲁木齐、北京、上海、重庆四个城市作为代表,分析装置在不同地区使用的制冷性能。可知在乌鲁木齐制冷性能最好,空气进出口温差约为4.1℃,单位面积制冷功率最高可以达到51.8W/m2,北京次之,上海和重庆制冷性能较差,一体化装置更适用于乌鲁木齐、呼和浩特、兰州等夏季夜间空气含湿量低,同时也具有一定用冷需求的地区。