城市熱氣候及建筑物排熱對(duì)其形成的影響研究.pdf

1、隨著城市化進(jìn)程的加劇，城市熱氣候問題日益嚴(yán)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(guó)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(gè)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(fù)雜，使得這些研究大多停留在定性分析階段，特別是缺乏對(duì)建筑物排熱的細(xì)致研究，從而無法準(zhǔn)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(shí)測(cè)方法和計(jì)算模型，然后分別通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和數(shù)值模擬手段對(duì)實(shí)際的城市熱氣候進(jìn)行數(shù)量化評(píng)價(jià)，重點(diǎn)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(duì)建筑周邊氣流及傳熱特性進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，初步提出利用萘升華法進(jìn)行建筑外表面對(duì)流換熱特性的實(shí)測(cè)方案。與渦旋相關(guān)法相比，初步驗(yàn)證了萘升華法可以反映室外側(cè)對(duì)流換熱的變化規(guī)律；然后通過對(duì)風(fēng)速與湍動(dòng)強(qiáng)度的實(shí)測(cè)，初步確定了建筑冠層頂部自然風(fēng)的湍動(dòng)強(qiáng)度與平均風(fēng)速之間的關(guān)系。最終利用回歸分析總結(jié)出建

3、筑水平外表面對(duì)流換熱特性的計(jì)算方法。該方法應(yīng)用于城市區(qū)域熱氣候預(yù)測(cè)模型之中。
　　城市區(qū)域熱氣候預(yù)測(cè)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(fù)荷計(jì)算模塊、太陽(yáng)輻射計(jì)算模塊和熱舒適性模塊等部分組成。將實(shí)際城市中的建筑群落分布進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化處理，在大氣流動(dòng)計(jì)算中導(dǎo)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(jì)算方法。結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，給出了建筑物排熱的較為詳細(xì)的計(jì)算方法。另外，模型中利用光子追蹤法、蒙

4、特卡洛法等計(jì)算城市冠層內(nèi)各形體表面之間復(fù)雜的形態(tài)系數(shù)，引入新標(biāo)準(zhǔn)有效溫度SET*為動(dòng)態(tài)熱舒適性指標(biāo)以進(jìn)行室內(nèi)外熱舒適計(jì)算。此模型為一維計(jì)算模型，同時(shí)涵蓋了城市與建筑熱氣候問題的所有主要相關(guān)因素。通過與實(shí)測(cè)結(jié)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(shì)。同時(shí)計(jì)算方法簡(jiǎn)易，可用于城市內(nèi)特定區(qū)域熱氣候的定量評(píng)估。
　　對(duì)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(yù)

5、測(cè)模型相結(jié)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(yù)測(cè)整個(gè)城市范圍內(nèi)熱氣候的分布規(guī)律，重點(diǎn)考察地形地貌因素對(duì)較大規(guī)模氣流運(yùn)動(dòng)的影響，把握有別于其它土地構(gòu)成的城市熱氣候的獨(dú)特規(guī)律。然后以此作為城市區(qū)域熱氣候預(yù)測(cè)模型的邊界條件，進(jìn)一步詳盡分析了城市中特定區(qū)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)的熱氣候形成特點(diǎn)。
　　以寧波三江口地區(qū)大型CBD規(guī)劃的實(shí)際工程項(xiàng)目為研究對(duì)象，利用大氣邊界層氣象模式HOTMAC對(duì)寧波地區(qū)熱氣候進(jìn)行了模擬，掌握了該地

6、區(qū)典型的海陸風(fēng)氣候和山谷風(fēng)效應(yīng)，以及城市下墊面不同于其他下墊面的熱力和空氣流動(dòng)特性；在此基礎(chǔ)上利用城市區(qū)域熱氣候預(yù)測(cè)模型對(duì)三江口大型CBD區(qū)域內(nèi)的熱氣候及能量平衡關(guān)系進(jìn)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(zhǎng)度手術(shù)△C和建筑設(shè)備排熱率△H作為新的評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別反映城市化對(duì)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(yàn)法分析了與建筑環(huán)境與能耗相關(guān)