下垫面对重庆夏季住区热环境影响研究

论文摘要

随着我国城市化进程的推进,住区天然下垫面被铺砖块、沥青等人造路面替代,造成城市热岛加剧和住区热环境质量恶化,危害居民身心健康,加大住区建筑用能压力。下垫面热物性对热环境具有重要影响,本文采用实测与数值模拟相结合的方式,开展了下垫面对重庆住区热环境影响研究,主要工作和结论如下:首先,以重庆市某既有住区为研究对象,于2018年7月与2019年1月调研实测该住区室外热环境及下垫面现状,结果表明:水体、乔木对冬、夏两季住区下垫面表面降温效果显著,沥青、混凝土则有增温效果。在住区植被中,夏季地表温度由高到低为草坪、灌木、乔木;在硬化路面中,夏季地表温度由高到低为沥青、混凝土、小鹅卵石、涂料碎石、花岗岩、大鹅卵石;冬季各下垫面表面温差不显著。其次,对夏季住区的沥青路、砖石路、草坪、灌木、乔木、水体的近地温/湿度的时空分布特征与垂直结构进行了实测分析,并探究了其与气象站台的气温、湿度、太阳辐射、风速等的相关性。结果表明:各下垫面近地气温总体均呈现出昼升夜降趋势,沥青路的近地日均气温最高,砖石路次之,乔木的近地气温最低。砖石路、沥青路的近地空气温、湿度在垂直方向上差异不显著,而水体、乔木、灌木三者存在明显的温度分层现象,且水体、乔木近地气温均呈“下热上冷”趋势,绝对湿度呈“下湿上干”趋势。再次,基于流体力学和传热学的相关理论基础,运用流动、传热、辐射的数学模型及相关约束性条件,建立了住区夏季室外热环境区域模型,借助商业软件初步计算,并将计算结果与实测结果验证对比。最后,基于ENVI-met软件平台,运用以上区域模型,为营造住区宜居环境,针对重庆某住区下垫面的反射率、发射率、比热、导热系数、透水性等参数进行了优化分析。结果表明:通过种植绿化、提高下垫面反射率和发射率的方式可有效改善该住区室外气温。选择大比热下垫面可使住区日均气温降低,白天降温效果明显,而夜晚会有増温效果。高导热的下垫面,气温变化滞后,对热环境改善不显著。且提高下垫面反射率和比热容较改善单因素方式效果更显著,优化后住区日均气温下降1.0℃,最高气温可下降2.4℃。综上,住区下垫面参数的合理选取与布局可为室外热环境规划提供有力参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究现状综述
•     1.2.1 下垫面热物性对热环境影响
•     1.2.2 区域热环境研究方法
•     1.2.3 国内外实验研究文献综述
•     1.2.4 国内外模拟研究文献综述
•     1.2.5 室外热环境模拟软件比选
•     1.2.6 存在的问题
•   1.3 研究目的和内容
•     1.3.1 研究目的
•     1.3.2 研究内容
•     1.3.3 技术路线
• 2 重庆既有住区现状调研与实测
•   2.1 调研方案
•     2.1.1 调研区域概况
•     2.1.2 调研测试仪器
•     2.1.3 调研数据分析
•   2.2 实验测试方案
•     2.2.1 测试参数与实验仪器
•     2.2.2 测试对象与测点布置
•     2.2.3 测试时间与测试流程
•   2.3 室外气象数据实测分析
•     2.3.1 气温与相对湿度
•     2.3.2 太阳辐射与风速
•     2.3.3 各下垫面近地温湿度与气象因素的相关性分析
•   2.4 本章小结
• 3 住区室外热环境实测研究
•   3.1 近地温湿度时空分布实测分析
•     3.1.1 近地温度时空分布特征
•     3.1.2 近地湿度时空分布特征
•   3.2 近地温湿度垂直结构实测分析
•     3.2.1 近地温度垂直结构
•     3.2.2 近地湿度垂直结构
•   3.3 不同下垫面热环境实测分析
•     3.3.1 不同下垫面温度差异分析
•     3.3.2 不同下垫面湿度差异分析
•     3.3.3 不同下垫面风速差异分析
•   3.4 本章小结
• 4 室外热环境建模理论分析
•   4.1 理论模型
•     4.1.1 大气模型
•     4.1.2 辐射模型
•     4.1.3 表面热流与水分扩散
•     4.1.4 土壤与水体
•     4.1.5 植物模型
•     4.1.6 热舒适评价模型
•   4.2 ENVI-met模型建立
•     4.2.1 空间模型
•     4.2.2 网格划分
•     4.2.3 下垫面数据库适宜性修正
•     4.2.4 边界条件与初始条件
•   4.3 模拟结果验证与误差分析
•   4.4 本章小结
• 5 住区下垫面优化对室外热环境影响
•   5.1 反射率对住区室外热环境影响
•     5.1.1 反射率对住区气温的影响
•     5.1.2 反射率对住区平均辐射温度影响
•   5.2 发射率对住区室外热环境影响
•     5.2.1 发射率对住区气温的影响
•     5.2.2 发射率对住区平均辐射温度影响
•   5.3 比热容对住区气温的影响
•   5.4 导热系数对住区气温的影响
•   5.5 绿化对住区气温的影响
•   5.6 透水性对住区气温的影响
•   5.7 多因素耦合优化分析
•     5.7.1 优化结果分析
•     5.7.2 多因素耦合与单因素对比分析
•   5.8 本章小结
• 6 结论与展望
•   6.1 主要研究工作与结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 附录
•   A. 作者在攻读硕士学位期间获得的专利目录
•   B.学位论文数据集
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杜京

导师: 高亚锋

关键词: 住区,室外热环境,下垫面,数值模拟

来源: 重庆大学

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: 重庆大学

基金: 国家重点研发计划子课题“既有居住建筑室外环境综合改造技术研究”(项目编号:2017YFC0702903-3)

分类号: TU984.12;X16

DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.000646

总页数: 101

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