建筑物日影作用下不同类型下垫面表面温度的实验研究.pdf

建筑物日影作用下不同类型下垫面表面温度的实验研究 一、前言 　　 　　在新世纪，能源和环境两大 问题 越来越为人们所关注。建筑物以及保障其内部人工 环境的设备怎样在保证健康和舒适的条件下，做到降低能耗、保护环境，长期以来一直是 专家们研究讨论的话题。 　　建筑物能耗在最近很多年一直是暖通空调界研究的热点问题之一，学者们提出了很多 建筑物热特性 计算 的模型和 方法 ，然而如何给出对于负荷计算非常重要的室外边界条件 ，目前 还没有很好的办法，然而如何给出对于负荷计算非常重要的室外边界条件，目前 还没有很好的办法，目前沿用的城市尺度的气候参数方法，精确性远低于目前非常细致的 建筑物模型。建筑周围的微气候研究有助于对于准确进行建筑物室内冷热负荷计算，优化 空调设备的运行管理[1] 。 　　从另一方面来看，随着人们对于居住舒适性的要求的提高，越来越多的人们对于环境 的关心已经不仅仅局限于城市尺度，而开始着眼于居住环境周围的微环境的舒适性。合理 规划建筑小区，改善局部微气候，提高提高住区微环境的舒适性已经受到众多建筑师和规 划师的重视。然而，由于学科间的差异，这些研究多停留在要领研究和定性研究的层次， 没有进行定量的 分析 计算和实验，显得说服力不足[2][3] 。 　　由于上述的原因，住区微气候研究作为气象，建筑以及暖通空调等多学科交叉的一个 研究领域，正日益受到人们的重视。影响住区微气候的因素很多，除空气温度、风速、太 阳辐射、小区布局、人为排放热等因素外[4] ，下垫面作为住区微环境的一个重要组成部分 ，不同类型的下垫面对于微气候影响很大。另外，在住区微环境中，由于建筑物比较密集 ，建筑物的日影面积比例常常很大，而且日影响部分的表面温度与非日影响部分差异很大 ，这也会在一定程度上改变下垫面上方空气场的温度分布，进而影响住区的微气候。由于 正下垫面以及建筑物在下垫面上的日影响对于住区微气候研究的重要性，本文从建筑物的 尺度出发，在 2000 年夏季设计并进行了不同下垫面表面温度的测定实验，得到不同下垫 面表面温度在一天中的分布，考察不同类型下垫面表面温度的不同。尤其对于在住区微环 境下非常普遍的日影现象，进行了针对性实验设计。实验结果为建立简化的住区微环境下 非常普遍的日影现象，进行了针对性实验设计。实验结果为建立简化的住区微环境下垫面 热物理模型以及模拟计算的时间步长的选择提供 参考 ，也为住区微气候模拟计算提供实 验数据检验的基础。 　　二、实验描述 　　 　　 1 ．实验目的 　　 　　对于不同类型的下垫面，由于其表面黑度、蓄热能力、含水量、甚至蒸腾作用，其表 面温度在相同的上方气流状况以及天气状况下有很大的不同。而住区微气候的研究中，所 关心的正是下垫面表面的温度对于住区热环境的影响，下垫面以下部分的温度分布相对次 要。取得建筑物尺度的不同下垫面表面温度在一天中的分布的第一手实验数据，为相应的 微气候模拟计算和下垫面的物理模型的建立提供参考实验，是本实验进行的主要目的之一 。 　　由于在有太阳直射的时候，尤其是夏季（这也是住区热环境最恶劣季节之一），太阳 辐射得热是下垫面热平衡中所占比例很大一个组成部分，正确处理日影效应对于下垫面模 型的建立和准确性意义重大；在住区微环境中，由于建筑物比较密集，建筑物在太阳直射 的情况下在下垫面上会形成面积比例比较大的阴影；因此，由于下垫面是住区微环境的一 个重要组成部分，还由于日影响对于下垫面温度的影响显著并且所占面积比例比较大，处 理好日影效应对准确模拟住区微气候有其特殊的意义。研究日影区域和非日影区域区域一 致性，以及不同下垫面表面温度对于日影移动的跟随性，是本实验的第二个目的。 　　由于下垫面的蓄热能力比微环境中空气场的蓄热能力要大的多，在进行非稳态模拟计 算时，选择合适的下垫面计算的时间步长对于计算的准确性非常重要，通过实验研究，对 时间步长的选择提供实验依据，是这次实验的另一目的。 　　 　　2 ．实验时间地点 　　 　　实验时间：2000 年 6 月 3 日～10 日 　　根据实验目的，需要找到 3 种典型合适的实验的下垫面，它应有如下特点： 　　（ 1）下垫面性质单一，面积比较大； 　　（2 ）人为排放热少； 　　（3 ）附近有高大建筑物，并且建筑物立面比较单一（考虑阴影效应）； 　　根据上面对于实验场所的要求，我们分别选取清华大学 理学 院大楼前广场，清华大 学化学馆西侧土地，清华大学理学院报告厅北侧草坪作为砖砌、裸土以