铺面参数对近地热环境的影响研究

【摘要】：城市化进程中,天然地表被人造铺面取代后,造成近地大气热环境变化,形成城市热岛效应。为了分析路面形式、铺面材料参数对近地热环境的影响规律,首先,本文将路面-近地大气视为一个相互作用的系统,进行三维数值建模,应用计算流体动力学(CFD)的非稳态方法求解控制方程。其次,通过实测数据分析了不同下垫面类型、太阳辐射强度等因素对城市近地热环境的影响,并对路-气响应模型的数值计算结果进行了有效性验证。最后,利用路-气响应模型计算并分析了太阳辐射、道路材料特性对建筑群内近地热环境的影响,并总结了不同铺面上方空气温度分布规律。主要研究结论如下:①提出了采用正反2个太阳总辐射表组成的双表测试铺面表面反射率的试验方法和以当地真太阳时11:00~13:00的平均值作为铺面反射率计算方法。②基于计算流体动力学(CFD)方法,考虑太阳短波辐射、热传导、对流换热和铺面-大气之间的有效长波辐射,建立了路-气响应的三维有限元分析模型,通过实测数据对路-气响应的三维有限元结果检验表明,该计算模型对白天时段温度数值的模拟具有较好的精度,但对夜晚时段,其模拟精度还需进一步优化。③晴朗白天时分,草地铺面上方0~60cm高度范围内,气温值波动较大。对于硬质不透水性铺面和水泥铺面来说,该高度范围值分别为0~50cm,0~100cm。针对大多数不透水性铺面,白天时段其路表上方气温分布形式可分为三种类型,分别为:日出时分型、日间时分型、傍晚时分型。④针对重庆市解放碑商圈来说,沥青材料为下垫面的路表温度场中高温区的分布面积明显多于以水泥和硬质不透水性铺面为下垫面时的高温区分布面积,且在温度值上也相对较高。由此可见,沥青路面因其较水泥、硬质不透水性铺面有较高的吸收率、比热,不适宜将其作为小区或商圈步行街的下垫面。⑤对于商圈步行道路表温度及上方气温而言,其区域内平均的温度数值随着反射率、发射率、导热系数、比热等参数的增大而减小,但温度减小幅度值随着高度的增加逐渐降低。具体结果:晴朗正午时分,铺面反射率每增加0.1,路表平均温度下降0.6℃,路表上方平均气温下降0.16℃~0.45℃。进一步分析发现,反射率变化对1.2m高度以下范围的气温值影响显著,但是对于较高处(≥1.2m高度)的气温值,其改善效果较小。综合分析各材料参数对近地气温的影响可得,通过优化材料的反射率和比热两个参数,可改善城市热岛效应。

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