复合种植屋面隔热模块的性能测试分析

发布时间：2017-03-26 13:12

  本文关键词：复合种植屋面隔热模块的性能测试分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生态屋面具有增加建筑绿化面积、降低建筑能耗、缓解城市热岛效应,改善建筑微气候、并减少市政雨水管网压力,延缓地面径流等功能。生态屋面是目前建筑顶部室内隔热的主要的措施之一,以构造小型生态模式为手段,利用植物对太阳辐射的遮挡、植物的光合蒸腾作用和种植土壤层的蒸发冷却效应来有效的减少通过屋面传入室内的热量；或以屋面蓄水为手段,利用水的蒸发冷却原理,实现屋面的隔热降温,从而达到改善建筑室内热环境的目的。本文在室外自然状态下建立对比实验测试平台,对复合种植模块、种植模块和裸露屋面的隔热性能进行了测试研究,并获得复合种植模块的隔热性能参数和评价指标；同时在室内模拟辐射状态下,完成3组对比实验,研究分析了土壤层厚度与初始水位高度对复合种植模块隔热性能和蒸发性能的影响,通过分析优化实验模块,为其在工程应用上提供基本的实验依据。室外测试地点位于广州大学城某二层教学楼楼顶,在其屋面上建立5个模块,其中3个为复合种植模块,土壤层厚度分别为180mm、120mm和60mm,种植植物为韭菜,蓄水池初始水位高度均为35cm；另外两个模块为纯种植模块,土壤层厚度为60mm,种植植物均为佛甲草。其中一个种植模块的过滤层敷设陶粒,另一个则敷设柱状活性炭。除了种植模块以外,另外选取裸露屋面作为测试对比对象。于2015年7月7日～8月15日共进行40天的测试。选取测试期间晴天段的测试数据进行隔热分析,经过分析获得了不同屋面构造的隔热性能参数,并对其底部温度与基本气象参数之间的关联性进行了分析,计算得到了复合种植模块的各项热流变化和等效热阻等参数。室外实验研究结果表明：模块A～模块C底部平均温度比裸露模块表面平均温度分别低5.0℃、4.7℃、3.7℃；比单纯种植模块E分别高1.8℃、2.1℃和3.1℃；模块A～模块C峰谷差分别为：3.3℃、4.2℃、4.5℃,比模块E的分别低2.9℃、2.0℃、1.7℃；底部平均温度波幅分别为：1.5℃、1.8℃、1.8℃；复合种植模块比纯种植模块具有更好的衰减特性。模块A、B、C的相对衰减率分别为0.16、0.21、0.22,而模块E、F则分别为0.31、0.35,模块A、B、C的综合衰减倍数分别为：15.7、12.7、12.4,模块E、F则分别为8.3、6.9；土壤层为复合种植模块主要的衰减层,衰减倍数分别为：7.3、4.6、2.2；当土壤层厚度减小,空气层的衰减作用增强,模块A～模块C的空气层衰减倍数分别为1.4、2.6、2.4。复合种植模块的隔热性能受室外气象参数的影响,模块底部温度与室外气象参数的相关性次序由大到小依次为：室外空气温度、太阳辐射强度、室外空气相对湿度。室内模拟辐射状态下实验测试系统由支架、测试模块和数据采集仪器组成。测试模块共4个,其中模块1、2、3对应室外测试模块的模块A、B、C,土壤层厚度分别为180mm、120mm和60mm；模块4为对照模块,不设置排水层、土壤层等构造层,作为空白对比测试。室内研究结果表明：土壤层厚度模拟辐射状态下模块1(180mm)、模块2(120mm)和模块3(60mm)在初始水位高度为35cm时,高低温差值分别为0.2℃、0.2℃、0.4℃；在初始水位高度为25cm时,高低温差值为0.3℃、0.4℃、0.8℃；在初始水位高度为15cm时,高低温差值分别为0.2、0.4、0.8℃。土壤水分蒸发速率先快后慢,并与复合种植模块土壤层厚度有关。初始阶段,土壤水分体积百分数下降速率从大到小的顺序依次为：模块3、模块2和模块1,土壤水分蒸发率从大到小的顺序依次为：模块2、模块3、模块1；全天阶段,土壤水分蒸发速率最从快至慢依次为：模块2、模块3、模块1。根据土壤层厚度与蒸发率的回归关系可以求得最大蒸发率下的土壤层厚度,为114.4mm。蓄水池水分蒸发同时受模块土壤层厚度和空气层厚度影响。当空气层厚度为5cm时,模块1～模块3的日平均蒸发率为0.066、0.083、0.21；当空气层厚度为15cm时,日平均蒸发率分别为0.011、0.011和0.029；当空气层厚度为25cm时,蒸发量不明显。根据土壤层厚度、空气层厚度和蓄水池水分蒸发率的回归关系,可以求得在土壤水分最大蒸发率的土壤层厚度下,在无空气层厚度下的蓄水池水分蒸发率,为0.199。鉴于土壤层厚度和蓄水池初始水位高度(空气层厚度)影响模块的隔热性能及蒸发特性,可根据分析结果优化模块构造,即模块最优土壤层厚度为114.4mm,在不增加蓄水池区通风措施下,模块最优初始水位高度为40cm；由于下部蓄水池通风性较差,蓄水池水分蒸发活动不活跃,因此改善下部区域通风状况,增设通风措施可增加本模块的隔热性能和蒸发特性,如植被区与蓄水池区设立架空层,蓄水池增设风扇等。
【关键词】：复合种植 模块 隔热性能 蒸发性能 测试分析
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU985.12;TU111.3
【目录】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-17
• 第一章 绪论17-25
• 1.1 课题研究背景及意义17-18
• 1.2 国内外研究状况18-23
• 1.2.1 种植屋面18-21
• 1.2.2 蓄(淋)水屋面21-23
• 1.3 课题研究目的及内容23-24
• 1.3.1 研究目的23
• 1.3.2 研究内容23-24
• 1.4 本章总结24-25
• 第二章 测试模块及气象参数分析25-38
• 2.1 室外测试模块构造及测点布置25-28
• 2.2 测试仪器设备及参数采集28-29
• 2.2.1 测试仪器及设备28-29
• 2.2.2 参数采集时间29
• 2.3 天气状况29-30
• 2.4 室外空气温度30-32
• 2.5 太阳辐射强度32-35
• 2.6 相对湿度35-36
• 2.7 室外风速36-37
• 2.8 本章总结37-38
• 第三章 室外模块隔热性能对比测试分析38-70
• 3.1 模块底部温度分布38-39
• 3.2 模块底部温度对比39-42
• 3.3 衰减特性分析42-44
• 3.3.1 底部温度衰减特性分析42
• 3.3.2 各构造层衰减特性分析42-44
• 3.4 底部温度与室外空气温度对比44-48
• 3.5 底部温度延迟特性分析48
• 3.6 模块隔热性能影响因素分析48-64
• 3.6.1 室外空气温度49-52
• 3.6.2 太阳辐射强度52-58
• 3.6.3 相对湿度58-61
• 3.6.4 室外风速61-64
• 3.7 底部温度与基本气象参数回归关系的修正64-68
• 3.7.1 室外空气温度65-68
• 3.7.2 太阳辐射强度68
• 3.8 本章小结68-70
• 第四章 复合种植模块的热平衡模型分析70-82
• 4.1 热平衡方程的建立70-71
• 4.2 植被区热流分析71-77
• 4.2.1 模块表面吸收太阳辐射热流71
• 4.2.2 模块表面与环境大气长波辐射热流71-73
• 4.2.3 模块表面与环境对流换热热流73-74
• 4.2.4 模块表面的蒸发散热热流74
• 4.2.5 土壤蓄热热流74-76
• 4.2.6 上部底板与下部水面的辐射热流76-77
• 4.3 蓄水(池)区热流分析77-79
• 4.3.1 蓄水池水的蓄热热流77-78
• 4.3.2 蓄水池水分蒸发热流78-79
• 4.4 等效热阻79-80
• 4.5 本章小结80-82
• 第五章 模块构造优化研究82-103
• 5.1 室内测试模块构造及测点布置82-84
• 5.2 测试仪器及采集时间84-85
• 5.2.1 测试仪器及设备84-85
• 5.2.2 采集时间85
• 5.3 基本环境参数分析85-87
• 5.4 构造层对模块隔热性能的影响87-93
• 5.4.1 土壤层厚度对隔热性能的影响87-91
• 5.4.2 初始水位高度对隔热性能的影响91-93
• 5.5 构造层对模块蒸发特性的影响93-101
• 5.5.1 土壤层厚度对土壤水分蒸发的影响93-97
• 5.5.2 土壤层厚度和空气层厚度对蓄水池水分蒸发的影响97-101
• 5.6 本章小结101-103
• 结论与建议103-105
• 结论103-104
• 建议104-105
• 参考文献105-110
• 攻读硕士学位期间发表的论文110-112
• 致谢112

【参考文献】

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本文编号：268857