城市熱氣候及建筑物排熱對其形成的影響研究.pdf

1、隨著城市化進程的加劇，城市熱氣候問題日益嚴重。主要表現(xiàn)在室外熱舒適性的惡化、空調(diào)利用率和建筑能耗大幅增加。近年來國內(nèi)外陸續(xù)開展了城市熱氣候的研究工作，但由于從包含整個城市及周邊區(qū)域在內(nèi)的較大尺度到僅僅在建筑周圍的較小尺度之間包括氣象、下墊面等各因素的相互作用非常復雜，使得這些研究大多停留在定性分析階段，特別是缺乏對建筑物排熱的細致研究，從而無法準確反映城市熱氣候的形成特征，也就不能真正提出有效地解決城市熱氣候問題的手段。本文力圖確立新的

2、實測方法和計算模型，然后分別通過現(xiàn)場實測和數(shù)值模擬手段對實際的城市熱氣候進行數(shù)量化評價，重點考察建筑物排熱在城市熱氣候形成中所起的作用。
　　本文首先對建筑周邊氣流及傳熱特性進行了現(xiàn)場實測，初步提出利用萘升華法進行建筑外表面對流換熱特性的實測方案。與渦旋相關法相比，初步驗證了萘升華法可以反映室外側(cè)對流換熱的變化規(guī)律；然后通過對風速與湍動強度的實測，初步確定了建筑冠層頂部自然風的湍動強度與平均風速之間的關系。最終利用回歸分析總結出建

3、筑水平外表面對流換熱特性的計算方法。該方法應用于城市區(qū)域熱氣候預測模型之中。
　　城市區(qū)域熱氣候預測模型的建立是核心內(nèi)容。該模型由局地氣候模塊、建筑熱濕負荷計算模塊、太陽輻射計算模塊和熱舒適性模塊等部分組成。將實際城市中的建筑群落分布進行了適當簡化處理，在大氣流動計算中導入了建筑群的拖曳力影響。給出了不同下墊面形式的傳熱、蓄熱和蒸發(fā)量計算方法。結合我國的實際情況，給出了建筑物排熱的較為詳細的計算方法。另外，模型中利用光子追蹤法、蒙

4、特卡洛法等計算城市冠層內(nèi)各形體表面之間復雜的形態(tài)系數(shù)，引入新標準有效溫度SET*為動態(tài)熱舒適性指標以進行室內(nèi)外熱舒適計算。此模型為一維計算模型，同時涵蓋了城市與建筑熱氣候問題的所有主要相關因素。通過與實測結果的比較，證明該模型可以較好地反映城市冠層內(nèi)各物理量的變化趨勢。同時計算方法簡易，可用于城市內(nèi)特定區(qū)域熱氣候的定量評估。
　　對于較大尺度的熱氣候問題，必須考慮尺度相互作用的影響。本文提出了將大氣邊界層氣象模式和城市區(qū)域熱氣候預

5、測模型相結合的多尺度城市熱氣候模擬新方法：即首先利用大氣邊界層模式分析預測整個城市范圍內(nèi)熱氣候的分布規(guī)律，重點考察地形地貌因素對較大規(guī)模氣流運動的影響，把握有別于其它土地構成的城市熱氣候的獨特規(guī)律。然后以此作為城市區(qū)域熱氣候預測模型的邊界條件，進一步詳盡分析了城市中特定區(qū)域內(nèi)的動態(tài)的熱氣候形成特點。
　　以寧波三江口地區(qū)大型CBD規(guī)劃的實際工程項目為研究對象，利用大氣邊界層氣象模式HOTMAC對寧波地區(qū)熱氣候進行了模擬，掌握了該地

6、區(qū)典型的海陸風氣候和山谷風效應，以及城市下墊面不同于其他下墊面的熱力和空氣流動特性；在此基礎上利用城市區(qū)域熱氣候預測模型對三江口大型CBD區(qū)域內(nèi)的熱氣候及能量平衡關系進行了系統(tǒng)模擬分析。得出建筑物排熱和下墊面散熱是南方沿海典型城市高溫高濕氣候形成的主要成因。提出以熱舒適增長度手術△C和建筑設備排熱率△H作為新的評價指標，分別反映城市化對城市熱氣候的影響，以及建筑物排熱在城市熱氣候形成中所起的作用。利用均勻試驗法分析了與建筑環(huán)境與能耗相關