復合種植屋面隔熱模塊的性能測試分析.pdf

1、生態(tài)屋面具有增加建筑綠化面積、降低建筑能耗、緩解城市熱島效應，改善建筑微氣候、并減少市政雨水管網(wǎng)壓力，延緩地面徑流等功能。生態(tài)屋面是目前建筑頂部室內(nèi)隔熱的主要的措施之一，以構(gòu)造小型生態(tài)模式為手段，利用植物對太陽輻射的遮擋、植物的光合蒸騰作用和種植土壤層的蒸發(fā)冷卻效應來有效的減少通過屋面?zhèn)魅胧覂?nèi)的熱量;或以屋面蓄水為手段，利用水的蒸發(fā)冷卻原理，實現(xiàn)屋面的隔熱降溫，從而達到改善建筑室內(nèi)熱環(huán)境的目的。
　　本文在室外自然狀態(tài)下建立對比實

2、驗測試平臺，對復合種植模塊、種植模塊和裸露屋面的隔熱性能進行了測試研究，并獲得復合種植模塊的隔熱性能參數(shù)和評價指標;同時在室內(nèi)模擬輻射狀態(tài)下，完成3組對比實驗，研究分析了土壤層厚度與初始水位高度對復合種植模塊隔熱性能和蒸發(fā)性能的影響，通過分析優(yōu)化實驗模塊，為其在工程應用上提供基本的實驗依據(jù)。
　　室外測試地點位于廣州大學城某二層教學樓樓頂，在其屋面上建立5個模塊，其中3個為復合種植模塊，土壤層厚度分別為180mm、120mm和60

3、mm，種植植物為韭菜，蓄水池初始水位高度均為35cm;另外兩個模塊為純種植模塊，土壤層厚度為60mm，種植植物均為佛甲草。其中一個種植模塊的過濾層敷設(shè)陶粒，另一個則敷設(shè)柱狀活性炭。除了種植模塊以外，另外選取裸露屋面作為測試對比對象。于2015年7月7日～8月15日共進行40天的測試。選取測試期間晴天段的測試數(shù)據(jù)進行隔熱分析，經(jīng)過分析獲得了不同屋面構(gòu)造的隔熱性能參數(shù)，并對其底部溫度與基本氣象參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性進行了分析，計算得到了復合種植模

4、塊的各項熱流變化和等效熱阻等參數(shù)。
　　室外實驗研究結(jié)果表明:模塊A～模塊C底部平均溫度比裸露模塊表面平均溫度分別低5.0℃、4.7℃、3.7℃;比單純種植模塊E分別高1.8℃、2.1℃和3.1℃;模塊A～模塊C峰谷差分別為:3.3℃、4.2℃、4.5℃，比模塊E的分別低2.9℃、2.0℃、1.7℃;底部平均溫度波幅分別為:1.5℃、1.8℃、1.8℃;
　　復合種植模塊比純種植模塊具有更好的衰減特性。模塊A、B、C的相對衰

5、減率分別為0.16、0.21、0.22,而模塊E、F則分別為0.31、0.35,模塊A、B、C的綜合衰減倍數(shù)分別為:15.7、12.7、12.4,模塊E、F則分別為8.3、6.9;土壤層為復合種植模塊主要的衰減層，衰減倍數(shù)分別為:7.3、4.6、2.2;當土壤層厚度減小，空氣層的衰減作用增強，模塊A～模塊C的空氣層衰減倍數(shù)分別為1.4、2.6、2.4。
　　復合種植模塊的隔熱性能受室外氣象參數(shù)的影響，模塊底部溫度與室外氣象參數(shù)的相

6、關(guān)性次序由大到小依次為:室外空氣溫度、太陽輻射強度、室外空氣相對濕度。
　　室內(nèi)模擬輻射狀態(tài)下實驗測試系統(tǒng)由支架、測試模塊和數(shù)據(jù)采集儀器組成。測試模塊共4個，其中模塊1、2、3對應室外測試模塊的模塊A、B、C，土壤層厚度分別為180mm、120mm和60mm;模塊4為對照模塊，不設(shè)置排水層、土壤層等構(gòu)造層，作為空白對比測試。
　　室內(nèi)研究結(jié)果表明:土壤層厚度模擬輻射狀態(tài)下模塊1(180mm)、模塊2(120mm)和模塊3(6

7、0mm)在初始水位高度為35cm時，高低溫差值分別為0.2℃、0.2℃、0.4℃;在初始水位高度為25cm時，高低溫差值為0.3℃、0.4℃、0.8℃;在初始水位高度為15cm時，高低溫差值分別為0.2、0.4、0.8℃。
　　土壤水分蒸發(fā)速率先快后慢，并與復合種植模塊土壤層厚度有關(guān)。初始階段，土壤水分體積百分數(shù)下降速率從大到小的順序依次為:模塊3、模塊2和模塊1,土壤水分蒸發(fā)率從大到小的順序依次為:模塊2、模塊3、模塊1;全天階

8、段，土壤水分蒸發(fā)速率最從快至慢依次為:模塊2、模塊3、模塊1。根據(jù)土壤層厚度與蒸發(fā)率的回歸關(guān)系可以求得最大蒸發(fā)率下的土壤層厚度，為114.4mm。
　　蓄水池水分蒸發(fā)同時受模塊土壤層厚度和空氣層厚度影響。當空氣層厚度為5cm時，模塊1～模塊3的日平均蒸發(fā)率為0.066、0.083、0.21;當空氣層厚度為15cm時，日平均蒸發(fā)率分別為0.011、0.011和0.029;當空氣層厚度為25cm時，蒸發(fā)量不明顯。根據(jù)土壤層厚度、空氣層

9、厚度和蓄水池水分蒸發(fā)率的回歸關(guān)系，可以求得在土壤水分最大蒸發(fā)率的土壤層厚度下，在無空氣層厚度下的蓄水池水分蒸發(fā)率，為0.199。
　　鑒于土壤層厚度和蓄水池初始水位高度（空氣層厚度）影響模塊的隔熱性能及蒸發(fā)特性，可根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化模塊構(gòu)造，即模塊最優(yōu)土壤層厚度為114.4mm，在不增加蓄水池區(qū)通風措施下，模塊最優(yōu)初始水位高度為40cm;由于下部蓄水池通風性較差，蓄水池水分蒸發(fā)活動不活躍，因此改善下部區(qū)域通風狀況，增設(shè)通風措施可增加