种植屋面的热工性能评价指标研究

发布时间：2017-10-10 12:08

  本文关键词：种植屋面的热工性能评价指标研究

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【摘要】：种植屋面本身是一种理想的被动节能方式,可以大幅增加热阻、降低建筑能耗,也是解决城市“热岛”、生态问题的有效方法。绿化屋面和传统屋面的热工性能有明显的区别,植被屋顶是一种“活”的建筑构件,其热工性能受到内外各环境因子间的耦合作用,采用单一固定的当量热阻值指标来评价并不完备。本文以重庆地区的模块式种植屋面为例,研究种植屋面的当量热阻在冬夏两季的不同室内设定温度、室外不同气象条件、种植屋面不同构造参数下的动态取值变化,为建立完备的种植屋面热工性能的评价体系与工程设计实践提供参考。首先,从种植屋面的隔热原理出发,将植被层、土壤层、屋顶结构层的各项热作用的复合效果归纳为综合遮阳特性与综合热阻特性。综合遮阳特性体现对太阳辐射的获取能力,评价指标主要有LAI与反射率,当LAI处于3-4.6之间,佛甲草草坪的反射率都可取值0.15。综合热阻特性是种植屋面类比于一般围护结构而提出的等效特性,包括了植被的蒸腾、土壤蒸发、土壤导热等作用,评价指标主要是当量热阻。其次,借助种植屋面的传热过程分析与热阻的基础理论,定义种植屋面当量热阻的构成。然后通过比较当量热阻的确定方法,采用稳态传热的理论,得出种植屋面当量热阻的计算式,讨论并确定了外边界温度的取值。联合热阻特性与计算公式分析了当量热阻取值的影响因素,提出用种植屋面冷却效率来评价非空调工况下的种植屋面的隔热性能。然后,在重庆地区对模块式种植屋面和对比屋面进行了冬季和夏季不同室内工况的实测,对比分析了两种屋面的保温隔热效果,得出:种植屋面在冬季和夏季所体现出的当量热阻效用有显著区别。冬季最冷测试日密闭工况,种植屋面的外表面最低、平均温度分别比对比屋面高0.81℃、1.79℃,内表面最低、平均温度分别比对比屋面高1.4℃、1.2℃;夏季最热测试日空调工况,种植屋面的外表面最高、平均温度分别比对比屋面低18.3℃、12.9℃,内表面最高、平均温度分别比对比屋面低14.3℃、8.6℃。不同室内工况会显著影响种植屋面的土壤下层、结构层与室内空气的温度分布,而对植被层与土壤上层的影响较小。最后,利用能耗模拟软件,建立模型并用实测的数据进行了验证。分析研究了室内设定温度、室外气象参数、种植屋面构造参数三类因素对种植屋面的当量热阻值的影响规律。室内设定温度对冬季的种植屋面当量热阻的影响不大;夏季,种植屋面的综合当量热阻随着室内设定温度的升高而增大,在室温高于临界传热温度时,采用了冷却效率进行评价。太阳辐射和气温对种植屋面当量热阻的取值存在影响:冬季,太阳辐射的影响显著,随着日平均太阳辐射的增大,在不同的气温下,植被的综合当量热阻都随之略微增大;夏季,气温的影响显著,随着日平均气温的增大,在不同的太阳辐射强度下,植被的综合当量热阻都随之减小。叶面积指数对种植屋面的影响在冬季可以忽略;在夏季,随着叶面积指数由1增大到5,植被的综合当量热阻显著提升,而土壤的导热热阻随着叶面积指数的增大而减小,但是整体的种植屋面综合当量热阻依然随着LAI的增大而线性增大。土壤初始含水率对土壤的导热热阻影响在冬季可以忽略;在夏季,初始含水率越大,土壤的导热热阻越小,而植被的综合当量热阻越大,而且存在一个临界点使屋面的热流方向发生改变。当采用冷却效率进行评价时,随着初始含水率的增大冷却效率逐渐降低。本文通过理论、实测与模拟研究相结合的方式,对于种植屋面,综合地、动态地研究了其主要热工性能评价指标当量热阻的变化规律,并针对于当量热阻不适用的情况,引入了冷却效率的评价,具有一定的意义与价值。
【关键词】：种植屋面 热工性能 评价指标 当量热阻
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU111.4
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 背景和意义11
• 1.2 种植屋面的概念11-14
• 1.3 种植屋面的作用14-16
• 1.4 种植屋面的研究现状16-19
• 1.4.1 种植屋面的隔热原理研究16-17
• 1.4.2 种植屋面的热工性能研究17-19
• 1.4.3 研究存在的问题19
• 1.5 本文的主要工作19-20
• 1.5.1 研究目的19-20
• 1.5.2 研究内容20
• 1.6 小结20-21
• 2 种植屋面的热工性能分析21-33
• 2.1 隔热保温原理分析21-22
• 2.2 综合遮阳特性22-29
• 2.2.1 特性描述22-23
• 2.2.2 影响因素分析23-29
• 2.3 综合热阻特性29-31
• 2.3.1 特性描述29
• 2.3.2 影响因素分析29-31
• 2.4 小结31-33
• 3 种植屋面的当量热阻计算与影响因素分析33-45
• 3.1 种植屋面传热过程分析33-35
• 3.2 当量热阻的定义35-37
• 3.3 当量热阻值的确定37-42
• 3.3.1 非稳态传热的数值反求方法37-40
• 3.3.2 稳态传热的计算方法40-42
• 3.4 当量热阻值的影响因素分析42-44
• 3.4.1 室内扰量对当量热阻的影响分析42-43
• 3.4.2 室外气象条件对当量热阻的影响分析43-44
• 3.4.3 种植模块构造参数对当量热阻的影响分析44
• 3.5 小结44-45
• 4 种植屋面的变工况对比实验研究45-73
• 4.1 屋面的概况45-47
• 4.1.1 围护结构材料组成情况45-46
• 4.1.2 室内房间情况46-47
• 4.2 实验方案与内容47-56
• 4.2.1 测试方案47-48
• 4.2.2 测试仪器48-51
• 4.2.3 测试工况51-52
• 4.2.4 测点布置52-56
• 4.3 实验结果56-72
• 4.3.1 不同测试工况气象条件拟合程度56-59
• 4.3.2 冬季的测试效果分析59-66
• 4.3.3 夏季的测试效果分析66-72
• 4.4 小结72-73
• 5 种植屋面当量热阻的动态变化研究73-115
• 5.1 模拟软件介绍73-75
• 5.1.1 模拟软件的选择73-74
• 5.1.2 绿化屋面模块74-75
• 5.2 模型建立75-77
• 5.3 模型验证77-88
• 5.3.1 边界输入条件77-81
• 5.3.2 冬季测试日验证81-85
• 5.3.3 夏季测试日验证85-88
• 5.4 变室温研究88-100
• 5.4.1 变室温模拟88-90
• 5.4.2 冬季结果分析90-94
• 5.4.3 夏季结果分析94-100
• 5.5 变气象条件研究100-107
• 5.5.1 变气象参数模拟100-102
• 5.5.2 冬季结果分析102-105
• 5.5.3 夏季结果分析105-107
• 5.6 变种植屋面构造参数研究107-113
• 5.6.1 变种植屋面构造参数模拟107-108
• 5.6.2 叶面积指数变化结果分析108-109
• 5.6.3 土壤初始含水率变化结果分析109-113
• 5.7 小结113-115
• 6 结论与展望115-117
• 6.1 结论115-116
• 6.2 展望116-117
• 致谢117-119
• 参考文献119-123
• 附录123
• 作者在攻读学位期间发表 的论文目录123

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1006281