日间辐射制冷技术是地面物体仅通过强烈反射或散射太阳波段能量,并利用“大气窗口”波段以电磁波的形式向宇宙空间发射热量,在不消耗任何能源情况下即可实现低于环境温度的降温,是一种零能耗、零污染的新型制冷技术,可广泛应用于建筑节能、光伏电池降温和人体热管理等领域。但目前日间辐射制冷材料大多存在制冷性能低、结构复杂、制备成本高等问题,制约了辐射制冷技术的推广。辐射制冷涂料因其良好的场景适用性、易制备、可推广性等特点,被认为是未来规模化推广中最具前景的利用形式之一。目前,针对辐射制冷涂层的研究大多为多层结构设计,给后续的制备和实际应用带来不便。自然界中生物光子结构为涂层的设计提供了新思路,受自然启发的表面结构参数与粒子参数相耦合的涂层设计有待进一步研究;受到辐射制冷材料制备规模和成本的限制,缺乏应用于户外建筑长时间运行应用的节能数据,在建筑节能领域的实验研究亟待开展。本文针对日间辐射制冷涂层的理论设计和光谱辐射特性调控、制备以及制冷性能进行了系统性研究,主要研究内容包括:基于Mie理论结合蒙特卡洛射线踪迹法,发展了含混合非均一粒子的粒子系辐射特性微分-积分计算方法,优化了单层含混合非均一粒子的日间辐射制冷涂层的结构参数,理论模型与实验结果对比验证了模型和算法的准确性和可行性。以Ti O2和Si O2混合粒子为例,研究粒子粒径、体积分数、涂层厚度、基底等对涂层的辐射特性的影响。结合大气透射模型,研究了大气水汽对日间辐射制冷涂层光谱有效发射率的影响。结果表明,涂层的光谱发射率和光谱特征参数随着粒子体积分数和涂层厚度的增加而增加,随着粒径的增加而减小。随着水汽的增加,对日间辐射制冷涂层的“大气窗口”波段平均有效发射率明显降低。受人体皮肤褶皱结构增强辐射发射力启发,提出了一种具有仿生皮肤自然褶皱表面结构的辐射制冷涂层。采用FDTD方法对涂层进行了设计和优化,研究了表面形状（金字塔型、蛾眼、自然褶皱、光滑平面）、褶皱高度、褶皱角度、粒子参数对涂层光谱辐射特性的影响,获得了涂层的最优结构组合参数,建立了具有表面微结构含粒子的辐射制冷涂层的设计方法。结果表明,自然褶皱表面增强了涂层在太阳光谱和“大气窗口”双波段辐射特性调控,其中涂层“大气窗口”波段发射率随着自然褶皱结构的高度和顶角角度先增大后减小,最佳值分别为5μm和60°。基于优化参数,制备出了表面具有自然褶皱结构的仿生型日间辐射制冷涂层,分析了涂层表面自然褶皱成型机制。表征测试了涂层样片的表面形貌、内部结构特征、光谱特性等性能,并与光滑表面辐射制冷涂层性能进行对比。拓展了不同颜色的辐射制冷涂层,测试了涂层实际应用时须具备的性能及核算了材料生产成本。结果表明,仿生型辐射制冷涂层表面呈现随机分布的凸起,平均粗糙度为~5μm;涂层太阳波段反射率为94.9%,“大气窗口”波段发射率为96.1%,明显优于光滑表面辐射制冷涂层光谱特性;涂层各项性能均可达到户外应用标准。为研究仿生辐射制冷涂层的制冷性能,设计并搭建了户外测试实验平台。开展了仿生辐射制冷涂层降温及制冷功率测试,包括不同典型时段、放置角度以及不同颜色的辐射制冷涂层的测试,分析了太阳辐照、风速等环境因素对辐射制冷功率的影响。并在山东威海开展了长达12个月的涂层应用于户外建筑降温效果测试和时间段内空调节电实验。结果表明,仿生型辐射制冷涂层实现了正午时段平均有效降温5.9℃、制冷功率85.3 W/m2的制冷效果。两座户外建筑夏季屋顶/室内平均温差分别为10.4℃和4.4℃,可节约20%以上的空调制冷耗电量。采用建筑能耗分析软件并结合全国气象数据,分析了不同气候环境下建筑应用辐射制冷涂层的节能效果,并绘制了辐射制冷技术在中国应用潜力地图。