建筑物日影作用下不同類(lèi)型下墊面表面溫度的實(shí)驗(yàn)研究(1)

1、    建筑物日影作用下不同類(lèi)型下墊面表面溫度的實(shí)驗(yàn)研究(1)    住區(qū)微氣候?qū)τ诮ㄖ覂?nèi)冷熱負(fù)荷，空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行狀況以及居住的舒適性有很大的影響，下墊面的性質(zhì)是影響住區(qū)微氣候的重因素之一。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了水泥地面，裸土以及草坪三種典型下墊面表面溫度在一天中隨時(shí)間的變化。尤其對(duì)于在住區(qū)微環(huán)境中廣泛存在的日影響效應(yīng)進(jìn)行了針對(duì)性實(shí)驗(yàn)。得出結(jié)論：在相同氣象條件下不同下墊面表面溫度有很大差異，下墊面的綠化能夠有效改善了局部微氣候；夏季的日影響效應(yīng)對(duì)于下墊面表面溫度來(lái)說(shuō)起主導(dǎo)作用，影響下墊面表面溫度的其他因素相對(duì)可以忽略

2、不計(jì)，從而為建立簡(jiǎn)化的日影作用下的下墊面物理模型提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。關(guān)鍵詞 微氣候 下墊面 日影 實(shí)驗(yàn)     一、前言在新世紀(jì)，能源和環(huán)境兩大問(wèn)題越來(lái)越為人們所關(guān)注。建筑物以及保障其內(nèi)部人工環(huán)境的設(shè)備怎樣在保證健康和舒適的條件下，做到降低能耗、保護(hù)環(huán)境，長(zhǎng)期以來(lái)一直是專(zhuān)家們研究討論的話題。建筑物能耗在最近很多年一直是暖通空調(diào)界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，學(xué)者們提出了很多建筑物熱特性計(jì)算的模型和方法，然而如何給出對(duì)于負(fù)荷計(jì)算非常重的室外邊界條件，目前還沒(méi)有很好的辦法，然而如何給出對(duì)于負(fù)荷計(jì)算非常重的室外邊界條件，目前還沒(méi)有很好的辦法，目前沿用的城市尺度的氣候參數(shù)方法

3、，精確性遠(yuǎn)低于目前非常細(xì)致的建筑物模型。建筑周?chē)奈夂蜓芯坑兄趯?duì)于準(zhǔn)確進(jìn)行建筑物室內(nèi)冷熱負(fù)荷計(jì)算，優(yōu)化空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行管理1。從另一方面來(lái)看，隨著人們對(duì)于居住舒適性的求的提高，越來(lái)越多的人們對(duì)于環(huán)境的關(guān)心已經(jīng)不僅僅局限于城市尺度，而開(kāi)始著眼于居住環(huán)境周?chē)奈h(huán)境的舒適性。合理規(guī)劃建筑小區(qū)，改善局部微氣候，提高提高住區(qū)微環(huán)境的舒適性已經(jīng)受到眾多建筑師和規(guī)劃師的重視。然而，由于學(xué)科間的差異，這些研究多停留在領(lǐng)研究和定性研究的層次，沒(méi)有進(jìn)行定量的分析計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，顯得說(shuō)服力不足23。由于上述的原因，住區(qū)微氣候研究作為氣象，建筑以及暖通空調(diào)等多學(xué)科交叉的一個(gè)研究領(lǐng)域，正日益受到人們的重視。影響住區(qū)微氣

4、候的因素很多，除空氣溫度、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射、小區(qū)布局、人為排放熱等因素外4，下墊面作為住區(qū)微環(huán)境的一個(gè)重組成部分，不同類(lèi)型的下墊面對(duì)于微氣候影響很大。另外，在住區(qū)微環(huán)境中，由于建筑物比較密集，建筑物的日影面積比例常常很大，而且日影響部分的表面溫度與非日影響部分差異很大，這也會(huì)在一定程度上改變下墊面上方空氣場(chǎng)的溫度分布，進(jìn)而影響住區(qū)的微氣候。由于正下墊面以及建筑物在下墊面上的日影響對(duì)于住區(qū)微氣候研究的重性，本文從建筑物的尺度出發(fā)，在2000年夏季設(shè)計(jì)并進(jìn)行了不同下墊面表面溫度的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，得到不同下墊面表面溫度在一天中的分布，考察不同類(lèi)型下墊面表面溫度的不同。尤其對(duì)于在住區(qū)微環(huán)境下非常普遍的日影現(xiàn)象

5、，進(jìn)行了針對(duì)性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為建立簡(jiǎn)化的住區(qū)微環(huán)境下非常普遍的日影現(xiàn)象，進(jìn)行了針對(duì)性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為建立簡(jiǎn)化的住區(qū)微環(huán)境下墊面熱物理模型以及模擬計(jì)算的時(shí)間步長(zhǎng)的選擇提供參考，也為住區(qū)微氣候模擬計(jì)算提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)的基礎(chǔ)。二、實(shí)驗(yàn)描述1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?對(duì)于不同類(lèi)型的下墊面，由于其表面黑度、蓄熱能力、含水量、甚至蒸騰作用，其表面溫度在相同的上方氣流狀況以及天氣狀況下有很大的不同。而住區(qū)微氣候的研究中，所關(guān)心的正是下墊面表面的溫度對(duì)于住區(qū)熱環(huán)境的影響，下墊面以下部分的溫度分布相對(duì)次。取得建筑物尺度的不同下墊面表面溫度在一天中的分布的第一手實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為相應(yīng)的微氣候模擬計(jì)算和下墊面的物理模型的建立提供

6、參考實(shí)驗(yàn)，是本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的主目的之一。由于在有太陽(yáng)直射的時(shí)候，尤其是夏季（這也是住區(qū)熱環(huán)境最?lèi)毫蛹竟?jié)之一），太陽(yáng)輻射得熱是下墊面熱平衡中所占比例很大一個(gè)組成部分，正確處理日影效應(yīng)對(duì)于下墊面模型的建立和準(zhǔn)確性意義重大；在住區(qū)微環(huán)境中，由于建筑物比較密集，建筑物在太陽(yáng)直射的情況下在下墊面上會(huì)形成面積比例比較大的陰影；因此，由于下墊面是住區(qū)微環(huán)境的一個(gè)重組成部分，還由于日影響對(duì)于下墊面溫度的影響顯著并且所占面積比例比較大，處理好日影效應(yīng)對(duì)準(zhǔn)確模擬住區(qū)微氣候有其特殊的意義。研究日影區(qū)域和非日影區(qū)域區(qū)域一致性，以及不同下墊面表面溫度對(duì)于日影移動(dòng)的跟隨性，是本實(shí)驗(yàn)的第二個(gè)目的。由于下墊面的蓄熱能力比微環(huán)境中

7、空氣場(chǎng)的蓄熱能力大的多，在進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)模擬計(jì)算時(shí)，選擇合適的下墊面計(jì)算的時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)于計(jì)算的準(zhǔn)確性非常重，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)的選擇提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，是這次實(shí)驗(yàn)的另一目的。2實(shí)驗(yàn)時(shí)間地點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2000年6月3日10日根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模枵业?種典型合適的實(shí)驗(yàn)的下墊面，它應(yīng)有如下特點(diǎn)：（1）下墊面性質(zhì)單一，面積比較大；（2）人為排放熱少；（3）附近有高大建筑物，并且建筑物立面比較單一（考慮陰影效應(yīng)）；根據(jù)上面對(duì)于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的求，我們分別選取清華大學(xué)理學(xué)院大樓前廣場(chǎng)，清華大學(xué)化學(xué)館西側(cè)土地，清華大學(xué)理學(xué)院報(bào)告廳北側(cè)草坪作為磚砌、裸土以及草坪三種區(qū)微環(huán)境種典型的下墊面的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。3 測(cè)量參數(shù)及測(cè)點(diǎn)布置

8、記錄下墊面表面溫度的測(cè)試儀器是清華同方股份有限公司生產(chǎn)的RHLOG智能型溫度自記儀。該自記儀能定時(shí)對(duì)目標(biāo)環(huán)境溫度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，并把測(cè)量結(jié)果保存在內(nèi)部的存儲(chǔ)器中。測(cè)溫使用熱敏電阻型溫度測(cè)頭，測(cè)頭由一根引線引出，測(cè)頭外加裝防水塑封。它的記錄溫度的范圍-20 75，精度為±0.3（25時(shí)）。在測(cè)量磚砌地面溫度時(shí)，將測(cè)頭緊貼地面，外面用一薄層白色膏將其固定。并把白色石膏外面染成下墊面的顏色，以求其物性與下墊面一致。在測(cè)量裸土表面溫度時(shí),用地面很薄一層裸土將測(cè)頭覆蓋,使測(cè)頭緊貼地面,并保證測(cè)量結(jié)果表面溫度。實(shí)驗(yàn)所在草坪被管理的很好,經(jīng)常被修剪,草高較低,一般在10cm以下,我們?cè)趯?shí)際測(cè)量中,所

9、測(cè)草坪溫度是草坪下部接近土壤表面的溫度。測(cè)頭緊貼土壤表面放置.在測(cè)量空氣溫度時(shí),我們?cè)诿總€(gè)溫度測(cè)頭外加裝了一個(gè)直徑9mm、長(zhǎng)45mm的銅管，防止太陽(yáng)輻射對(duì)溫度測(cè)頭的影響。銅管下部有通風(fēng)孔，以保證空氣通暢5。并且在銅管外面用錫箔紙做成圓錐形的小罩子進(jìn)一步加強(qiáng)輻射影響。            摘 住區(qū)微氣候?qū)τ诮ㄖ覂?nèi)冷熱負(fù)荷，空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行狀況以及居住的舒適性有很大的影響，下墊面的性質(zhì)是影       

10、60; 本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析1磚砌下墊面實(shí)驗(yàn)測(cè)量日天氣晴好，正午最大輻射值約為836W/m2，日平均風(fēng)速在1.5m/s左右。我們主使用建筑東側(cè)的磚砌下墊面進(jìn)行分析，圖1中各條曲線代表不同的測(cè)點(diǎn)，從圖中可以看出，磚砌下墊面在一天中的溫度變化很大，溫度在中午13：30左右開(kāi)始出現(xiàn)陰景前達(dá)到最高點(diǎn)，達(dá)到50，該下墊面從下午13:30左右開(kāi)始出現(xiàn)陰影前達(dá)到最高點(diǎn)，達(dá)到50，該下墊面從下午13：30開(kāi)始，逐漸出現(xiàn)陰影區(qū)域

11、，由于失去主熱源太陽(yáng)直射，測(cè)點(diǎn)溫度迅速下降，曲線的變化劇烈而迅速。在下午15:30左右，曲線變化趨勢(shì)趨緩，從此時(shí)刻至第2天凌晨，溫度一直平衡下降，在太陽(yáng)升起前達(dá)到最小值約為20。晝夜溫差達(dá)到30之多。磚砌下墊面白天溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣溫度，夜間又低于空氣溫度，晝夜溫差很大，體現(xiàn)出磚砌下墊面蓄熱能力差的特性，對(duì)于微氣候是很不利的。圖1 磚砌下墊面表面溫度從圖2中可以看出西側(cè)7個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度曲線非常接近，而這7個(gè)測(cè)點(diǎn)的陰影歷史狀況是不相同的，這就間接說(shuō)明對(duì)于陰影區(qū)域和非陰影區(qū)域的基本假設(shè)之一是成立的，即陰影區(qū)域溫度和非陰影區(qū)域溫度主由當(dāng)前是否屬于陰影區(qū)域決定，而與其他因素關(guān)系不大。圖2 磚砌下墊面日影與

12、非日影表面溫度比較圖下面我們進(jìn)一步對(duì)陰影區(qū)域和非陰影區(qū)域內(nèi)部各點(diǎn)的溫度的一致性進(jìn)行詳細(xì)討論。從圖3中可以看到14個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度情況，圖中從左到右依次為1號(hào)到14號(hào)測(cè)點(diǎn)的溫度曲線圖。從1號(hào)到14號(hào)測(cè)點(diǎn)在與建筑東墻垂直的一條線上，各個(gè)測(cè)點(diǎn)間距0.6m，并隨測(cè)點(diǎn)號(hào)增大而距離建筑越遠(yuǎn)。因此，在下午的時(shí)候，隨著時(shí)間的推移，陰影區(qū)域變得越來(lái)越大，其影子的邊界距離建筑越來(lái)越遠(yuǎn)，先是覆蓋了號(hào)較小的測(cè)點(diǎn)，然后是較大的測(cè)，最后測(cè)點(diǎn)全部都在陰影區(qū)域內(nèi)。上圖記錄了這一日影區(qū)域移動(dòng)的過(guò)程。在13：00的時(shí)候各個(gè)測(cè)點(diǎn)都在陰影區(qū)域之內(nèi)，這時(shí)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度非常一致，各點(diǎn)溫度與平均溫度最大相差不超過(guò)3，基本上在1左右。這說(shuō)明了非

13、陰影區(qū)域內(nèi)溫度的一致性。在13：3014：50是陰影邊界在測(cè)點(diǎn)范圍內(nèi)移動(dòng)的階段。請(qǐng)注意14：00的曲線，16號(hào)測(cè)點(diǎn)在陰影內(nèi)，714點(diǎn)在陰影外。圖中陰影外的各點(diǎn)溫度驚人的一致，并且與前一時(shí)刻的溫度相比變化也很小。這說(shuō)明陰影區(qū)域?qū)τ诜顷幱皡^(qū)域的溫度影響很小。這也可以從理論上解釋?zhuān)瑑蓞^(qū)域的換熱只通過(guò)兩者之間的一條"線"互相換熱，換熱面積很小，而導(dǎo)熱本向所占熱流比例也很小。所以，非陰影區(qū)域的溫度大小不受與陰影邊界的遠(yuǎn)近影響。而從14：15的曲線也可以看到相近的結(jié)果，只是點(diǎn)18而不是16在陰影區(qū)域里罷了。在16：00和20：00的兩條曲線中可以看出陰影區(qū)域溫度的一致性。圖中所有點(diǎn)都處

14、于陰影區(qū)域之內(nèi)，而各點(diǎn)的溫度差異小于0.5，這說(shuō)明在夏季有日影效應(yīng)的情況下，日影效應(yīng)對(duì)于磚砌下墊面表面溫度來(lái)說(shuō)起主導(dǎo)作用，影響下墊面表面溫度的其他因素相對(duì)可以忽略不計(jì)。圖3 日影移動(dòng)對(duì)磚砌下墊面表面溫度的影響圖從圖中可以清楚的看到陰影移動(dòng)對(duì)于磚砌下墊面溫度的影響。在13：30分測(cè)點(diǎn)1首先進(jìn)入陰影，而在14：40最后一個(gè)測(cè)點(diǎn)13進(jìn)入陰影。圖中可以看到各個(gè)測(cè)點(diǎn)逐一進(jìn)入陰影后溫度下降的過(guò)程。從中可以看出，由陰影區(qū)域向非陰影區(qū)域過(guò)渡的過(guò)程相當(dāng)?shù)难杆?，只有不到一個(gè)小時(shí)，這說(shuō)明磚砌下墊面的蓄熱較弱，對(duì)于以1小時(shí)為時(shí)間步長(zhǎng)的下墊面溫度計(jì)算來(lái)說(shuō)，其達(dá)到本時(shí)刻溫度的穩(wěn)定過(guò)程很快，可以認(rèn)為1小時(shí)后當(dāng)前的狀況已經(jīng)不

15、直接受1小時(shí)前的影響，說(shuō)明在進(jìn)行下墊面模擬計(jì)算的時(shí)候，所選取的時(shí)間步長(zhǎng)不宜短于1小時(shí) 。從以上分析可以得出以下結(jié)論：磚砌下墊面非日影區(qū)域內(nèi)的溫度與日影區(qū)域內(nèi)溫度之間的差異遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)溫度的差異。在進(jìn)行下墊面模擬計(jì)算的時(shí)候，如果進(jìn)行日影區(qū)域內(nèi)溫度一致性假設(shè)，選取的時(shí)間步長(zhǎng)不宜小于1小時(shí)。    2 裸土表面溫度實(shí)驗(yàn) 測(cè)量日天氣晴好，正午最大輻射值約為836W/m2，日平均風(fēng)速在1.5m/s左右。圖中各條曲線代表不同的測(cè)點(diǎn)。從圖4中可以看出，日影時(shí)刻出現(xiàn)在早晨10：40之前。溫度在中午13：30左右達(dá)到最高點(diǎn)，最高值的出現(xiàn)早于磚砌下墊面。最高溫度達(dá)到

16、57，而在下午18：00左右的時(shí)候就已經(jīng)下降到32了。僅半天的溫差就達(dá)到28。其日振幅和時(shí)間滯后的特性都說(shuō)明，在夏季，裸土下墊面相對(duì)于磚砌下墊面來(lái)說(shuō)，其蓄熱能力更差。從圖4中可以看出各個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度曲線不象磚砌下墊面那樣接近，這是因?yàn)槁阃料聣|面并不是非常規(guī)則，各處性質(zhì)不能保證象人工磚砌下墊面一樣一致。但是各點(diǎn)溫度與平均值間的溫差也在5之下。這一溫差相對(duì)于陰影區(qū)域與非陰影區(qū)域間多達(dá)20的溫差來(lái)說(shuō)是可以忽略的。圖4 裸土下墊面表面溫度圖與對(duì)于磚砌下墊面的討論相同，從圖5中各個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度情況對(duì)日影移動(dòng)的響應(yīng)狀況可以看出，日影效應(yīng)是影響裸土表面溫度的最重的因素。并且可以認(rèn)為，由于日影移動(dòng)造成的下墊面表面

17、溫度的變化在一小時(shí)內(nèi)可以近似認(rèn)為結(jié)束，這一數(shù)據(jù)可以作為于裸土下墊面的模擬計(jì)算的步長(zhǎng)選擇的參考。圖5 日影移動(dòng)對(duì)裸土下墊面表面溫度的影響圖3 草坪表面溫度實(shí)驗(yàn)結(jié)果 測(cè)量日天氣晴好，正午最大輻射值約為800W/m2，日平均風(fēng)速在1.5m/s左右。所選取的測(cè)量區(qū)域是在建筑的西側(cè)和北側(cè)，因此陰影邊界在測(cè)點(diǎn)附近移過(guò)的時(shí)間主集中在上午和中午。圖6中各條曲線代表不同的測(cè)點(diǎn)。圖6 草坪下墊面表面溫度圖從圖中可以看到草坪的蓄熱能力較強(qiáng)，最高溫度在中午12：30左右達(dá)到，晚于磚砌下墊面和裸土下墊面。而且日振幅很小，與空氣溫度很接近，沒(méi)有出現(xiàn)其他下墊面那樣在輻射高的時(shí)候溫度高達(dá)五六十度的情況，總溫度波動(dòng)在28以下。

18、在夜間可以看出，草坪溫度低于空氣溫度，仍然與白天一樣冷卻空氣。            摘 住區(qū)微氣候?qū)τ诮ㄖ覂?nèi)冷熱負(fù)荷，空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行狀況以及居住的舒適性有很大的影響，下墊面的性質(zhì)是影         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。在凌晨的時(shí)候部分測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)了一個(gè)突然下降的過(guò)程。估計(jì)可能是由于結(jié)露的原因從圖中一樣進(jìn)