中国地域广阔,受季风影响夏季气温偏高,建筑防热一直是建筑热工学研究的主要内容之一。夏季室内外温差小,太阳辐射作用在室外热作用中的占比高。既有的围护结构隔热研究多关注于透光围护结构的遮阳技术措施。然而在交替变化的室内外空气温度和间歇性的太阳辐射作用下,通过具有一定蓄热能力的非透光围护结构的传热对室内造成的影响比较复杂,非透光围护结构隔热效果不佳是影响夏季建筑室内热环境的重要原因之一。由于温度和辐射的作用机理和隔绝方法存在显著差异,开展基于地域气候差异的隔热设计研究是提升建筑隔热性能的基础性工作。其中,满足非透光围护结构传热分析所需的室外计算参数,不同气候作用和材料、构造对围护结构热反应特性的影响,以及设计中面临的辐射控制判定、设计目标确定和构造设计等,都是非透光围护结构隔热设计中亟待解决的问题。本研究从不同地区的隔热设计需求和研究所需的逐时室外温度、辐射参数入手。依据国家气象局30年的观测数据,通过对室外温度变化趋势的分析,及其对城镇热工设计区属影响的分析,采用度日数在既有建筑热工一级区划的基础上进行细分,明确了城镇隔热设计变化和细化需求。针对气象观测缺少垂直面太阳辐射的现状,采用自建辐射观测站的实测数据,分析了半球散射辐射的分布规律和垂直面散射辐射的影响因素,提出了基于垂直面法线与太阳辐射方向间夹角φ和晴空指数Kt的垂直面散射辐射计算模型,较既有模型减少了输入参数,提高了计算精度。据此生成了全国145个主要城镇的隔热设计用室外计算参数,以及代表夏季典型气候状况的4种隔热研究用逐时室外计算参数。研究完善了隔热设计室外计算参数的生成方法,为隔热设计和研究框定了地域范围、提供了设计参数。研究通过对温度和辐射作用特点及其相关关系的分析,对气候造成的不同室内外波动作用下围护结构热反应的差异性进行了分析。研究选取了6种物性参数单调变化的常用建筑保温材料和结构材料,采用KValue软件计算了匀质平壁和复合平壁迎、被波面的温度极值,以及极值出现的时间。分析了材料厚度、热惰性指标和热阻对匀质平壁热反应特性的影响,以及高热阻层和结构层的材料、厚度和位置对复合平壁热反应特性的影响。研究从气候作用和围护结构两方面阐述了非透光围护结构隔热的机理,为不同气候条件下的隔热设计提供了理论支撑。研究基于辐射作用的独立性和作用效果的耦合性,提出采用由辐射产生的附加热作用在室外温度和辐射产生的最大热作用中的比例ATR作为辐射强弱的评价指标。提出以辐射作用在室内产生的热流量ΔQ≥120 Wh/m2或单向波作用下辐射作用产生的非透光围护结构内表面最高温度增加量Δθmax·i≥1K作为采取辐射控制措施的判定条件,据此给出了全国145个主要城镇的辐射控制判定结果。研究从室内热环境需求的角度,分析了不同气候条件下的非透光围护结构隔热设计目标,提出了以设计日“逐时内表面温度”为控制指标的隔热设计要求。研究基于围护结构材料和构造的热反应特性分析,对3种室内运行模式下,强辐射大温差和弱辐射小温差气候条件的典型非透光围护结构隔热构造进行了分析,给出了符合隔热设计要求的推荐构造。通过将不同气候区城镇外墙和屋面的隔热设计结果与现行热工和节能设计标准进行比较,本研究提出的非透光围护结构隔热设计目标针对性地提升了不同时段的隔热设计要求,有效降低了自然通风运行模式非透光围护结构对人体产生的热作用,提升了室内的热环境水平。