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城市下垫面辐射场的环境热效应研究

城市下垫面辐射场的环境热效应研究

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作者：文莉娟西安建筑科技大学

学位级别：硕士

快速发展的城市化使得城市下垫面由原来的自然透水下垫面不断被人工不透水下垫面所代替,使得城市下垫面辐射场发生改变,下垫面热传递过程发生变化,导致城市热环境问题加剧,进而影响城市建筑能耗以及人体热健康。本文以西安市西安建筑科... 详细信息

快速发展的城市化使得城市下垫面由原来的自然透水下垫面不断被人工不透水下垫面所代替,使得城市下垫面辐射场发生改变,下垫面热传递过程发生变化,导致城市热环境问题加剧,进而影响城市建筑能耗以及人体热健康。本文以西安市西安建筑科技大学为测点,研究不同下垫面辐射场的环境热效应,为城市热环境的营造提供科学依据,以及对城市中下垫面类型的选取,城市热环境的规划建设具有一定的借鉴意义。首先,为了研究不同城市下垫面辐射热环境差异,本文基于在夏季、冬季对西安市西安建筑科技大学不同下垫面进行辐射热环境的现场测试,分析了不同下垫面热作用过程。通过研究发现,下垫面吸收热量主要由吸收的大气逆辐射和短波辐射组成,大气逆辐射量占总吸热量的65%以上。下垫面与周围环境之间热量交主要通过换辐射换热进行,四种下垫面以辐射换热的方式发生的热交换量均在75%以上。其次,为了定量分析不同下垫面辐射热作用强度的差异,提出下垫面辐射热指标。通过计算不同下垫面逐时辐射热指标,分析辐射热作用强度与水平太阳总辐射、空气温度之间的相关性发现,下垫面辐射热指标与水平太阳总辐射之间的关系更紧密,且辐射热指标与太阳总辐射的相关性基本都在80%左右,因此该辐射热指标可以评价不同下垫面的辐射热作用强弱。最后,采用ENVI-met模拟不同围合空间、不同建筑高度、不同热物性参数的下垫面对辐射热环境的影响程度。具体结论如下:基于辐射热作用评价指标计算四种下垫面辐射热作用强度,通过对比发现,不管是冬季还是夏季,混凝土下垫面的辐射热作用最强,草地下垫面辐射热作用最弱。通过模拟四种下垫面不同反射率、长波发射率、导热系数、体积比热容发现,不同下垫面材料的热物性参数对下垫面的辐射热作用不同。通过模拟不同建筑围合空间、建筑高度对下垫面辐射热环境的影响发现,下垫面材料的布置在满足功能和使用要求的前提下,可优先布置草地下垫面。综上所述,论文研究了不同下垫面辐射热作用过程的差异,并提出下垫面辐射热指标用来定量分析不同下垫面的辐射热作用差异,最后通过模拟分析,提出下垫面辐射热环境的优化与营造措施。

关键词：下垫面辐射场热作用过程下垫面辐射热指标 ENVI-met

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