不同类型冷却屋顶方案对城市群热环境的缓解效果

利用耦合单层城市冠层模型的中尺度数值模式WRF/UCM,选取8组不同反照率和绿化比例的屋顶冷却方案进行敏感性试验,模拟研究不同冷却屋顶方案对长三角城市群2013年夏季城市热环境的影响,并分析其影响机制。结果表明:不同冷却屋顶方案对城市群热环境的缓解效果与屋顶参数之间呈很强的线性关系。高温热浪天气下,HR4(反照率为1.0)和GR4(屋顶绿化率为100%)方案的制冷度日数分别降低了14.7%和10.9%,节约的能源比普通夏日更多。同时,高温热浪天气会增强热岛强度,高反照率屋顶方案在白天对热岛起到更有效的缓解,热浪天气下日平均热岛强度最大可降低1.36℃。相同方案下,在高温热浪天气下的缓解效果均胜于普通夏日,平均而言,高反照率屋顶和屋顶绿化的降温效果分别增大38.5%和34.9%,增湿效果分别增大29.5%和21.9%,这主要是由于在高温热浪天气下,高反照率屋顶方案能够减少更多的净辐射通量,屋顶绿化方案能够释放更多的潜热通量。此外,城市格点密集区域的降温效果优于分散的城市区域,处于城市群中的常州区域较单独的杭州区域的降温幅度平均高32%。

城市街区形态及冷却屋顶对冠层内辐射热通量的影响

在当前中国城市化进程愈演愈烈的情形下,城市热岛冷却效应的研究对于确立城市生态环境可持续化发展的正确途径等有重要意义。采用离线城市冠层模型分析了城市冠层中街区形态和屋顶材料的变化对辐射热量、表面温度及冠层内气温的影响。研究发现:建筑物高度、宽度以及街道宽度等参数的改变对冠层各表面温度的影响较大,当街道宽度增加3 m时,地面温度升高约3.5 K。但是街道宽度增加,多重反射导致的辐射截陷效应减弱,墙面上更多的热量释放出去,各墙面温度降低约1.5 K;冠层气温先增加,日出后降低约0.4 K。屋顶材料的改变对辐射及热通量和表面温度也有较大影响,与灰色水泥屋顶相比,采用高反照率白色涂料冷却屋顶后,屋顶净辐射热量损失约380 W m^(-2),屋顶表面温度降低约10 K。冠层内街区形态和屋顶材料对城市辐射热环境产生直接的影响。

不同冷却屋顶对城市街区热环境的影响模拟

当前采用何种冷却屋顶材料缓解城市化带来的高热灾害是城市气象领域的热点问题。本文基于城镇能量平衡模式(TEB),分析了4种不同材料的冷却屋顶,包括转化效率为14%的太阳能板(覆盖面积分别占屋顶面积的100%及50%)和3种高反照率材料:铝箔沥青膜、白色TPO膜、科罗拉多大学新研发的玻璃聚合物混合超材料,在2017年夏季高温热浪时间段(7月16~30日)对建筑物街区屋顶表面温度及辐射热量产生的影响。结果表明在持续高温的天气背景下,在屋顶铺设超材料和100%覆盖面积的太阳能板降温效果最好,屋顶表面温度白天平均分别可降低18.59 K和19.58 K,铝箔沥青膜效果次之,平均降低13.47 K,50%覆盖面积的太阳能板TPO膜再次,平均降低9.7 K和5.4 K,夜间也具有1.08~4.53 K的降温。铺设冷却屋顶材料可以直接或间接地减少冷却能源需求,铺设100%太阳能板以及超材料屋顶可以使建筑物冷却能耗降到最低,每平方米分别至多可降低2.1 W m~(-2)和2.16 W m~(-2),使用铝箔沥青膜效果次之,至多降低1.47 W m~(-2),50%铺设面积的太阳能屋顶及TPO膜再次。其中所选太阳能光伏板每日可额外产生最多1.84 kW h的电量,模拟的两周内产生电量可全部抵消同期空调制冷能耗。

建筑物被动蒸发冷却技术研究进展和趋势

本文首先利用Thomson Reuters公司的检索平台Science Citation Index Expanded(SCIE)对被动蒸发冷却技术从2000-2019年的研究趋势进行统计,分析结果表明,2011以来蒸发冷却技术受到极大的关注。其次,在广泛总结前人研究成果的基础上,对比了主要被动蒸发冷却技术的研究进展和特色,诸如建筑物屋顶被动冷却技术,建筑物外墙被动冷却技术,窗、玻璃幕、阳台等透光部分以及室内地板被动冷却技术以及多孔材料被动冷却性能研究等。最后,对被动蒸发冷却技术的发展趋势进行了展望,提出了未来的发展建议,旨在为被动蒸发冷却技术的研究与应用提供科学的参考。