湿热地区透水铺装蒸发降温特性研究

论文摘要

城市下垫面的不透水性是导致城市热岛现象的主要原因之一。透水铺装作为一种新型多孔人工路面铺装形式,与不透水铺装相比,其不仅可渗透水分而且可在面层材料内截流一定的水分并利用水分蒸发带走累积的热量,从而降低铺装表面温度,进而缓解城市热岛效应。然而,透水铺装蒸发降温性能受其面层材料性能影响较大,且该性能多被生产厂家所忽略,这为通过推广透水铺装缓解城市热岛带来了极大障碍。基于此,本文开展了以下工作:1)透水铺装面层材料吸水及保水性能评估。通过对我国湿热地区透水铺装面层材料生产厂家进行广泛调研,本文选定5种典型透水铺装面层材料作为样本,参考国内外测试标准,建立了透水铺装面层材料的吸水及保水性能参数数据库及评价方法。2)透水铺装面层材料蒸发降温差异研究。通过热湿气候风洞实验,本文揭示了透水铺装面层材料热湿物理性质对其蒸发降温效果的影响规律,发现与饱和体积含水率相比,毛细吸水速率对促进材料表面温降的贡献更大,反射率对材料表面温降贡献程度相比较蒸发较弱,蒸发不同阶段能量消耗的不均匀是导致该差异的主要原因。3)典型透水铺装面层材料蒸发量模型研究。基于湿热地区典型代表城市广州的夏季典型气象日,本文建立了三种典型透水铺装面层材料24小时逐时刻开始的累计蒸发量回归方程。同时,参考土壤学领域利用蒸发阻力计算蒸发量的方法,回归了上述典型材料的体积含水率与蒸发阻力的关系方程。4)典型透水铺装蒸发降温对室外热环境影响研究。通过广州夏季典型透水铺装室外样本实测,本文探明了不同类型透水铺装蒸发对地表温度、近地面空气温湿度及热环境指标WBGT及THI的影响规律,基于建立的透水铺装一维非稳态传热模型,本文利用上述室外实测数据检验了蒸发阻力模型预测蒸发量的精度,探讨了不同淋水时刻对铺装表面温度的改善程度。本研究首次从透水铺装面层材料吸水及保水性能的角度出发,明确了吸水、保水及反射率对透水铺装面层材料蒸发降温的影响程度,建立了典型透水铺装面层材料累计蒸发量数据库,回归并验证了利用蒸发阻力计算透水铺装面层材料蒸发速率的方程,给出了合理的透水铺装淋水方式。该研究为合理利用透水铺装缓解室外热环境的奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 术语及缩写
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•     1.1.1 全球气候变暖与城市过热
•     1.1.2 人工硬化地面对于城市热岛的影响
•     1.1.3 湿热地区应用透水铺装蒸发降温的可行性
•   1.2 透水铺装特点及应用现状
•     1.2.1 格栅透水铺装
•     1.2.2 缝隙透水铺装
•     1.2.3 渗透铺装
•     1.2.4 保水铺装
•     1.2.5 我国透水铺装应用现状
•   1.3 透水铺装热效应研究现状
•     1.3.1 透水铺装面层材料蒸发降温机理
•     1.3.2 透水铺装面层材料及构造
•     1.3.3 室外气象参数
•     1.3.4 新型透水铺砖面层材料开发
•     1.3.5 透水铺装蒸发降温及对室外热环境的影响
•     1.3.6 发展动态
•   1.4 当前研究的主要问题
•     1.4.1 透水铺装面层材料吸水及保水特性数据丢失
•     1.4.2 蒸发降温模拟不足
•     1.4.3 对室外热环境的改善不明晰
•   1.5 本课题的主要工作
•     1.5.1 研究目标
•     1.5.2 研究方法及研究内容
•     1.5.3 技术路线
•   1.6 本章小结
• 第二章 透水铺装面层材料吸水及保水性能研究
•   2.1 前言
•   2.2 实验对象
•   2.3 实验方法
•     2.3.1 真空饱和实验
•     2.3.2 单面浸泡实验
•     2.3.3 整体浸泡实验
•     2.3.4 人工模拟降雨实验
•     2.3.5 误差分析
•   2.4 实验结果
•     2.4.1 真空饱和实验
•     2.4.2 单面浸泡实验
•     2.4.3 整体浸泡实验
•     2.4.4 人工模拟降雨实验
•   2.5 讨论
•     2.5.1 孔隙特征与透水铺装面层材料的吸水及保水性能
•     2.5.2 透水铺装面层材料吸水及保水性能评价方法
•   2.6 材料吸水过程回归
•   2.7 总结
• 第三章 透水铺装面层材料蒸发降温特性差异研究
•   3.1 前言
•   3.2 实验对象
•   3.3 实验方法
•     3.3.1 反射率和发射率测试
•     3.3.2 蒸发降温实验
•   3.4 实验结果及讨论
•     3.4.1 反射率及发射率
•     3.4.2 相同颜色,不同吸水及保水性能透水铺装面层材料蒸发降温性能
•     3.4.3 不同颜色,相同性能的透水铺装面层材料蒸发降温性能
•   3.5 本章小结
• 第四章 透水铺装面层材料动态蒸发量模型研究
•   4.1 前言
•   4.2 实验对象
•   4.3 实验平台
•   4.4 动态蒸发量数据库实验方案
•     4.4.1 动态气象环境设定
•     4.4.2 试件处理及风洞设定
•     4.4.3 饱和体积含水率、蒸发速率及蒸发量计算
•   4.5 透水铺装面层材料蒸发阻力实验方案
•     4.5.1 理论模型
•     4.5.2 试件处理
•     4.5.3 实验方案
•   4.6 动态蒸发量数据库实验结果
•     4.6.1 逐时蒸发速率及动态含水率变化规律
•     4.6.2 总体蒸发量回归模型的建立
•   4.7 透水铺装面层材料蒸发阻力模型回归
•     4.7.1 体积含水率及蒸发速率变化规律
•     4.7.2 表面温度
•     4.7.3 实验结果回归
•   4.8 本章小结
• 第五章 透水铺装蒸发降温对室外热环境的影响研究
•   5.1 引言
•   5.2 透水铺装蒸发降温对室外热环境的影响
•     5.2.1 实验样本及构造做法
•     5.2.2 仪器布置及测量方法
•     5.2.3 实验结果
•   5.3 透水铺装表面温度预测模型
•     5.3.1 模型原理
•     5.3.2 验证实验
•     5.3.3 淋水优化
•   5.4 本章小结
• 总结与展望
•   本文的主要结论
•   本文的创新点
•   未来工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 附录1 透水铺装面层材料蒸发量回归
• 致谢
• 附件

文章来源

类型: 博士论文

作者: 汪俊松

导师: 孟庆林,Mattheos Santamouris

关键词: 室外热环境,透水铺装,吸水及保水特性,蒸发降温特性

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 气象学,环境科学与资源利用,建筑科学与工程

单位: 华南理工大学

基金: 国家“十三五”重点研发计划项目(2016YFC0700200),国家自然科学基金重点项目(51938006),国家建设高水平大学公派研究生项目(201706150071)

分类号: TU992;X16

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.004231

总页数: 161

文件大小: 7151K

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