导 读
你是否留意过，许多城市建筑外墙都装着统一的美观罩子，用来隐藏空调外机？这看似整洁的“面子工程”，却在默默推高我们的电费，加重城市能源负担。最新研究发现，全封闭的装饰罩会导致空调制冷效率下降高达34%，而在亚洲，仅此一项每年就可能造成惊人的能源浪费。不过别担心，本文找到了两全其美的解决方案，即通过优化百叶角度和开孔率，即可在保持建筑美观的同时，几乎完全消除能效损失。这项研究为我们平衡城市空间的整洁与健康的能源使用提供了一个既科学又实用的新思路。
图1 图文摘要
随着全球城市化进程加快，城市热岛效应与制冷能耗问题日益突出。2025年召开的中央城市工作会议明确指出，当前和今后一个时期，要“以建设创新、宜居、美丽、韧性、文明、智慧的现代化人民城市为目标”，并将“着力建设绿色低碳的美丽城市”与“着力建设安全可靠的韧性城市”列为重点任务。为此，课题组团队持续开展城市建筑性能调研，聚焦从数据科学、建筑物理与设计的手段解决城市建筑性能缺陷。在城市更新与立面改造方面，课题组通过对全国80余个城市进行了空调机位的设计安装调研（境外调研的城市包括纽约、伦敦、巴斯、瑞典、芬兰、京都、东京、大阪、名古屋、新加坡、中国香港等），发现一个普遍现象：建筑立面焕然一新，但空调外机被“巧妙”遮挡，这一现象伴随着亚洲城市化进程加快而普遍存在。然而，现有空调外机遮挡物设计多注重风貌管控，而忽视其对空调系统性能的影响，导致能耗显著上升、制冷时间延长，尤其在极端高温天气下加剧电网负担。研究团队通过实验室测试、热力学建模与全尺度建筑能耗模拟相结合的方法，系统评估了不同结构参数（百叶角度、孔板孔隙率）的空调外机遮挡物对空调制冷/制热性能、运行时间及建筑能耗的影响。研究覆盖亚洲多个气候区，并结合地理信息系统进行区域能耗影响分析。
图2 研究技术路线图
一、核心发现：被“闷住”的空调，效率暴跌
想象一下，当你在跑步机上挥汗如雨时，如果被要求戴上一个密不透风的口罩，会是什么感觉？呼吸不畅，体力消耗剧增，很快就难以为继。空调外机的工作原理与此类似：在夏季它通过风扇吸入室外空气，流经高温的冷凝器进行热交换，再将热气排出，从而带走室内的热量。这个过程需要畅通无阻的空气流动。
当外机被全封闭或开孔过小的装饰罩包围时，就如同戴上了“口罩”。排出的热空气无法迅速消散，又被风扇重新吸入，导致外机周围的局部微环境温度急剧升高。研究数据表明，在高温天，这个局部温度可比环境温度高出许多。这一后果是灾难性的：
1.制冷能力锐减：模拟显示，在全封闭罩子下，空调的制冷效率（能效比）最高可下降34%。
2. 能耗激增：为了达到设定的室内温度，空调压缩机必须更长时间、更高负荷地运转。亚洲地区的模拟结果表明，与无罩情况相比，全封闭罩平均每平方米建筑面积会增加11.4千瓦时的年度制冷能耗。在印度、沙特阿拉伯等炎热地区，峰值甚至超过26千瓦时/平方米。
3. 舒适度与设备寿命双输：降温速度变慢，影响人体舒适感；同时，压缩机长期在高温高压的恶劣工况下运行，会显著缩短其使用寿命，增加故障风险。
图3 遮盖物对空调运行性能的影响
二、宏观影响：一个被忽视的能源“黑洞”
将这个微观影响放大到城市乃至国家尺度，数字令人触目惊心。研究以中国为例进行了测算：
经济负担：在北京（冬冷夏热气候），全封闭罩导致每平方米建筑面积每年多花约3.4元电费；在广州（夏热冬暖气候），这一数字升至6.8元。
国家总账：基于中国庞大的住宅面积估算，全封闭装饰罩每年可能导致全国高达4560亿千瓦时的额外电力消耗，这相当于2.6亿吨的额外二氧化碳排放——几乎是一个中型国家全年的碳排放量。
电网压力：在极端高温天气，大量“被闷住”的空调长时间满负荷运行，会急剧推高城市电网的尖峰负荷，增加停电风险，阻碍电力系统的稳定与脱碳转型。
这不仅仅是一个工程问题，更是一个涉及城市治理、建筑规范、居民经济和全球减碳的综合性挑战。
图4 遮盖物对亚洲建筑空调能源消耗和使用体验的影响
三、破局之道：科学与美学的“最优解”
本文首先呼吁停止空调外机遮挡物的安装，然而在考虑到遮挡物可以起到的美观效果，本文也没有仅仅停留在揭示问题，而是通过大量参数化实验，找到了两种主流罩型（百叶式和孔板式）的“黄金参数”，希望通过科学的设计，平衡美观与节能之间的矛盾：
百叶式罩：将百叶倾斜角度设置为 60°或80°。
孔板式罩：将开孔率（孔洞面积占总面积比例）提升至 30%或40%。
这些经过优化的设计，巧妙地平衡了“遮蔽”与“通风”。它们能有效疏导热空气，将外机周围的温升控制在极低水平。模拟结果令人振奋：采用优化参数后，额外能耗几乎被消除，与无罩情况下的能耗差异微乎其微（百叶罩甚至平均能节省0.8 kWh/m²），同时完全保留了其美化立面的核心功能。
图5 优化设计后的遮挡物对建筑的微小影响
总结与展望
本研究不仅揭示了一个普遍存在却被长期忽视的“美观能耗陷阱”，更重要的是，它提供了一份清晰、可立即应用的“解题手册”，通过设定精确的结构参数（如60°/80°的百叶角度），城市完全可以在几乎不牺牲建筑美观的前提下，消除空调外机罩带来的巨大能源浪费。
展望未来，这项工作应成为推动建筑规范与城市设计标准升级的催化剂。首要任务是将优化的设计参数转化为强制性的建筑规范，从源头上杜绝高能耗罩体的新建。长远来看，技术迭代充满想象空间：结合传感器与智能控制，“动态百叶” 可自动调节以优化散热；融入相变储热材料的罩体，则能被动缓解局部热积聚。这些创新将推动建筑外立面从静态的“表皮”向响应环境的“智能呼吸系统”演进。
责任编辑
杨青青 北京理工大学
丁振亚 The Innovation 编辑部