下垫面对重庆夏季住区热环境影响研究

作     者：杜京 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高亚锋

授予年度：2019年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 083303[工学-住房与社区建设规划] 0833[工学-城乡规划学] 

主      题：住区 室外热环境 下垫面 数值模拟 

摘      要：随着我国城市化进程的推进,住区天然下垫面被铺砖块、沥青等人造路面替代,造成城市热岛加剧和住区热环境质量恶化,危害居民身心健康,加大住区建筑用能压力。下垫面热物性对热环境具有重要影响,本文采用实测与数值模拟相结合的方式,开展了下垫面对重庆住区热环境影响研究,主要工作和结论如下:首先,以重庆市某既有住区为研究对象,于2018年7月与2019年1月调研实测该住区室外热环境及下垫面现状,结果表明:水体、乔木对冬、夏两季住区下垫面表面降温效果显著,沥青、混凝土则有增温效果。在住区植被中,夏季地表温度由高到低为草坪、灌木、乔木;在硬化路面中,夏季地表温度由高到低为沥青、混凝土、小鹅卵石、涂料碎石、花岗岩、大鹅卵石;冬季各下垫面表面温差不显著。其次,对夏季住区的沥青路、砖石路、草坪、灌木、乔木、水体的近地温/湿度的时空分布特征与垂直结构进行了实测分析,并探究了其与气象站台的气温、湿度、太阳辐射、风速等的相关性。结果表明:各下垫面近地气温总体均呈现出昼升夜降趋势,沥青路的近地日均气温最高,砖石路次之,乔木的近地气温最低。砖石路、沥青路的近地空气温、湿度在垂直方向上差异不显著,而水体、乔木、灌木三者存在明显的温度分层现象,且水体、乔木近地气温均呈“下热上冷趋势,绝对湿度呈“下湿上干趋势。再次,基于流体力学和传热学的相关理论基础,运用流动、传热、辐射的数学模型及相关约束性条件,建立了住区夏季室外热环境区域模型,借助商业软件初步计算,并将计算结果与实测结果验证对比。最后,基于ENVI-met软件平台,运用以上区域模型,为营造住区宜居环境,针对重庆某住区下垫面的反射率、发射率、比热、导热系数、透水性等参数进行了优化分析。结果表明:通过种植绿化、提高下垫面反射率和发射率的方式可有效改善该住区室外气温。选择大比热下垫面可使住区日均气温降低,白天降温效果明显,而夜晚会有増温效果。高导热的下垫面,气温变化滞后,对热环境改善不显著。且提高下垫面反射率和比热容较改善单因素方式效果更显著,优化后住区日均气温下降1.0℃,最高气温可下降2.4℃。综上,住区下垫面参数的合理选取与布局可为室外热环境规划提供有力参考。