冷却屋顶和太阳能屋顶对中国主要城市带高温的缓解效应研究
发布时间：2021-11-19 04:33
我国正面临大规模城市扩张,城区由于不透水层占比较大从而产生热岛效应,并对局地气候等产生负面影响,因此研究减缓城市热岛效应的措施非常重要。对此,本研究利用中尺度天气预报模式（The Weather Research and Forecasting Model,WRF）对不同气候区五大城市带进行冷却屋顶和太阳能屋顶缓解夏季城市热岛能力的模拟,并探究太阳能屋顶对不同气候区能源收支和潜在经济效益的影响。结果表明:（1）三种屋顶在不同气候区对城市地区的降温能力各不相同。对于热带季风区,超材料屋顶降温能力最强,其次为高反照屋顶和太阳能屋顶。三种屋顶可使城区最多降温1.2℃,0.8℃和0.4℃。对于亚热带季风区,超材料屋顶降温能力优于高反照屋顶,太阳能屋顶降温能力最弱。长三角、成渝城市带和长江中游城市带超材料屋顶使城区最多降温1.4℃,0.6℃和1.2℃;高反照屋顶最多降温1.0℃,0.5℃和1.2℃;太阳能屋顶最多降温0.8℃,0.2℃和1.0℃。温带季风区超材料屋顶降温能力依旧最好,其次为高反照屋顶和太阳能屋顶。（2）超材料屋顶和高反照屋顶均能使城市地区边界层内温度降低0.1～0.8℃,并可使边...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
南京信息工程大学硕士学位论文8图2.1WRF运行基本流程图2.2太阳能板参数化方案WRF本身没有太阳能算例，因此需要单独编写并耦合进WRF中的BEP/BEM方案中。由于BEP/BEM城市冠层方案可以计算空调能耗以及空调制冷时的废热排放，因此在BEP/BEM中引入太阳能算例不仅可以得到太阳能板对建筑室内外空气温度的影响，还可以探究太阳能板屋顶对室内建筑的能源补偿作用。根据S.Krauter[77]的分层理论模型，可将太阳能板自上而下分为玻璃板、光伏组件和地板，各层的热力学参数见表2.1。表2.1光伏板各层热力学参数材料导热系数（W·m-1·K-1）密度（Kg·m-3）比热容（J·Kg-1·K-1）厚度（mm）玻璃板1.0425008354光伏组件15023309500.3底板0.14147511305太阳能板架构方式种类繁多，主要有贴附式、封闭流道支架安装以及通风流道支架安装[78]。这里选取了较为常见的贴附式安装。该方案下太阳能板与屋面平行且紧贴。通过有限差分的方法可得太阳能板不同分层的热平衡方程，具体方程如下：×1(1)+(1n-1)4112×(12)111(11n-1)=0(1)
第三章算例设置和模式模拟效果检验13第三章算例设置和模式模拟效果检验3.1算例和城市参数设置3.1.1模拟区域和建筑物参数设置为了较为准确地探讨冷却屋顶对城市热岛的缓解效应，本研究在分析时选择了6、7、8月份，日最高温度大于35℃的高温天。各城市带由于气候条件不同，因此高温天气事件的发生也各不相同。因此，根据实测资料确定以下的分析时间：长三角地区为7月16~30日；珠三角地区为7月27~31日以及8月17~22日；京津冀地区为7月16~30日；成渝都市圈为7月16~30日；长江中游城市带为7月21~31日。此外，为了探究冷却屋顶对不同城市带降水的影响，根据历史天气预报确定以下的分析时间：长三角地区为6月23~25日；珠三角地区为6月17~20日；京津冀地区为6月22~24日；成渝都市圈为6月12~15日；长江中游城市带为6月22~24日。本研究选用WRF3.9.1版本。模式采取两重嵌套，母区域包含全中国，内含五个子区域（如图3.1），子区域下垫面如图3.2所示。模式采用了2015年的500m分辨率的MODIS静态数据，它将下垫面分为17类。此外，为了更好地探究城市热岛效应，另将城市下垫面细分为三种，即低密度住宅区（30%~70%）、高密度住宅区（70%~90%）和商业区（90%以上）。模式中网格分辨率为15km和5km，垂直分层为41层，其中1km以下有13层。模拟所采用的初始和边界条件为NCEP的FNL全球再分析资料，其空间分辨率为1°×1°，时间间隔为6h。图3.1WRF模拟区域嵌套示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能光伏屋顶对城市热环境及能源供需影响的模拟[J]. 郝晓龙,王咏薇,胡凝,陈卫东. 气象学报. 2020(02)
[2]随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶对南京夏季降温效应的模拟分析[J]. 王豫,王咏薇,赵小艳,郭良辰,张艳晴. 气象. 2019(08)
[3]南京地区太阳能屋顶缓解夏季高温的模拟研究[J]. 张艳晴,刘寿东,王咏薇,郭良辰,王豫,马美娟. 气象学报. 2019(02)
[4]冷却屋顶对南京夏季高温天气的缓解作用[J]. 郭良辰,王咏薇,张艳晴. 科学技术与工程. 2018(21)
[5]2017年我国区域性高温过程特征及异常大气环流成因分析[J]. 王国复,叶殿秀,张颖娴,黄大鹏,侯威. 气候变化研究进展. 2018(04)
[6]2017年7月大气环流和天气分析[J]. 霍达,孙军,储文宗. 气象. 2017(10)
[7]城市建筑屋顶光伏利用潜力评估方法及其应用[J]. 张华,王立雄,李卓. 城市问题. 2017(02)
[8]WRF模式微物理方案对山西省一次强降雨过程模拟的影响[J]. 张少济,孙科,张华,张学礼,郝智文. 水利水电技术. 2013(09)
[9]光伏太阳能电池生产过程中的污染问题[J]. 卢兰兰,毕冬勤,刘壮,杨春雷,肖旭东. 中国科学:化学. 2013(06)
[10]不同云方案对祁连山降水模拟的影响[J]. 段海霞,刘新伟,蒲朝霞. 大气科学学报. 2013(03)
硕士论文
[1]光伏屋顶遮阳与供电综合节能研究[D]. 王玥.西安建筑科技大学 2017
[2]WRF模式中不同边界层参数化方案对一次华北暴雨模拟的敏感性试验[D]. 任华荣.南京信息工程大学 2016
本文编号：3504297
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
南京信息工程大学硕士学位论文8图2.1WRF运行基本流程图2.2太阳能板参数化方案WRF本身没有太阳能算例，因此需要单独编写并耦合进WRF中的BEP/BEM方案中。由于BEP/BEM城市冠层方案可以计算空调能耗以及空调制冷时的废热排放，因此在BEP/BEM中引入太阳能算例不仅可以得到太阳能板对建筑室内外空气温度的影响，还可以探究太阳能板屋顶对室内建筑的能源补偿作用。根据S.Krauter[77]的分层理论模型，可将太阳能板自上而下分为玻璃板、光伏组件和地板，各层的热力学参数见表2.1。表2.1光伏板各层热力学参数材料导热系数（W·m-1·K-1）密度（Kg·m-3）比热容（J·Kg-1·K-1）厚度（mm）玻璃板1.0425008354光伏组件15023309500.3底板0.14147511305太阳能板架构方式种类繁多，主要有贴附式、封闭流道支架安装以及通风流道支架安装[78]。这里选取了较为常见的贴附式安装。该方案下太阳能板与屋面平行且紧贴。通过有限差分的方法可得太阳能板不同分层的热平衡方程，具体方程如下：×1(1)+(1n-1)4112×(12)111(11n-1)=0(1)
第三章算例设置和模式模拟效果检验13第三章算例设置和模式模拟效果检验3.1算例和城市参数设置3.1.1模拟区域和建筑物参数设置为了较为准确地探讨冷却屋顶对城市热岛的缓解效应，本研究在分析时选择了6、7、8月份，日最高温度大于35℃的高温天。各城市带由于气候条件不同，因此高温天气事件的发生也各不相同。因此，根据实测资料确定以下的分析时间：长三角地区为7月16~30日；珠三角地区为7月27~31日以及8月17~22日；京津冀地区为7月16~30日；成渝都市圈为7月16~30日；长江中游城市带为7月21~31日。此外，为了探究冷却屋顶对不同城市带降水的影响，根据历史天气预报确定以下的分析时间：长三角地区为6月23~25日；珠三角地区为6月17~20日；京津冀地区为6月22~24日；成渝都市圈为6月12~15日；长江中游城市带为6月22~24日。本研究选用WRF3.9.1版本。模式采取两重嵌套，母区域包含全中国，内含五个子区域（如图3.1），子区域下垫面如图3.2所示。模式采用了2015年的500m分辨率的MODIS静态数据，它将下垫面分为17类。此外，为了更好地探究城市热岛效应，另将城市下垫面细分为三种，即低密度住宅区（30%~70%）、高密度住宅区（70%~90%）和商业区（90%以上）。模式中网格分辨率为15km和5km，垂直分层为41层，其中1km以下有13层。模拟所采用的初始和边界条件为NCEP的FNL全球再分析资料，其空间分辨率为1°×1°，时间间隔为6h。图3.1WRF模拟区域嵌套示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能光伏屋顶对城市热环境及能源供需影响的模拟[J]. 郝晓龙,王咏薇,胡凝,陈卫东. 气象学报. 2020(02)
[2]随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶对南京夏季降温效应的模拟分析[J]. 王豫,王咏薇,赵小艳,郭良辰,张艳晴. 气象. 2019(08)
[3]南京地区太阳能屋顶缓解夏季高温的模拟研究[J]. 张艳晴,刘寿东,王咏薇,郭良辰,王豫,马美娟. 气象学报. 2019(02)
[4]冷却屋顶对南京夏季高温天气的缓解作用[J]. 郭良辰,王咏薇,张艳晴. 科学技术与工程. 2018(21)
[5]2017年我国区域性高温过程特征及异常大气环流成因分析[J]. 王国复,叶殿秀,张颖娴,黄大鹏,侯威. 气候变化研究进展. 2018(04)
[6]2017年7月大气环流和天气分析[J]. 霍达,孙军,储文宗. 气象. 2017(10)
[7]城市建筑屋顶光伏利用潜力评估方法及其应用[J]. 张华,王立雄,李卓. 城市问题. 2017(02)
[8]WRF模式微物理方案对山西省一次强降雨过程模拟的影响[J]. 张少济,孙科,张华,张学礼,郝智文. 水利水电技术. 2013(09)
[9]光伏太阳能电池生产过程中的污染问题[J]. 卢兰兰,毕冬勤,刘壮,杨春雷,肖旭东. 中国科学:化学. 2013(06)
[10]不同云方案对祁连山降水模拟的影响[J]. 段海霞,刘新伟,蒲朝霞. 大气科学学报. 2013(03)
硕士论文
[1]光伏屋顶遮阳与供电综合节能研究[D]. 王玥.西安建筑科技大学 2017
[2]WRF模式中不同边界层参数化方案对一次华北暴雨模拟的敏感性试验[D]. 任华荣.南京信息工程大学 2016
本文编号：3504297
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