高反照率屋顶对城市热岛及空调能耗的影响

为了研究高反照率屋顶这一城市降温技术对夏季城市热岛效应的缓解作用及对空调制冷负荷的影响,以夏季高温频发的杭州市为例,选取2017年7月22日—28日作为典型高温时段,采用中尺度天气预报模式(WRF)耦合考虑建筑物能量交换的多层城市冠层参数化方案(BEP+BEM)进行数值模拟.结果表明,反照率为0.85的屋顶使城市区域日均降温0.37℃,城市热岛强度减小0.21℃,城市热岛效应得到了一定程度的缓解,空调制冷负荷降低约5.3%;建筑物密集的商业区的降温和节能效果均优于低密度居住区;屋顶反照率与城区2 m气温及空调能耗均线性负相关.

冷却屋顶对南京夏季高温天气的缓解作用

冷却屋顶的安装预计能在一定程度上缓解城市化所带来热环境的破坏。利用耦合了城市单层冠层方案(UCM)的WRF模式,以南京2010年7月26日~8月5日夏季晴天小风天气为背景,模拟了不同高反照率屋顶和绿色屋顶的安装对城市高温的缓解效应。结果表明:(1)反照率为0.8的高反照率屋顶和100%的绿色屋顶有相似的降温效果,白天平均降温0.5℃,夜间平均降温0.1~0.2℃,一天中最大降温0.9℃,同时在建筑物密度集中的地区,降温效果更明显;(2)不同反照率的屋顶和不同比例的绿色屋顶对气象因子的影响效果不同,屋顶反照率和绿色屋顶比例的增加会使温度降低、风速减小、边界层降低,且呈线性变化;(3)反照率为0.8的高反照率屋顶和100%的绿色屋顶在白天可以降低人体舒适度(分别为0.2左右和0.1左右),提高人体舒适程度。

冷却屋顶对福州市夏季高温影响的模拟研究

冷却屋顶(高反照率屋顶和绿色屋顶)的研究对于福州夏季高温的缓解具有重要意义。利用耦合了城市单层冠层方案(UCM)的WRF模式,以福州市2013年7月29日08时至8月11日08时夏季晴朗微风天气为背景,通过模拟实验对比分析各个比例下的反照率屋顶及不同植被覆盖率的绿色屋顶对城市高温的影响。研究结果表明:(1)气温和相对湿度的模拟结果与观测值相差不大,而风速模拟值偏大。(2)两种冷却屋顶夜间降温幅度为0.3~0.6℃,白天降温幅度为0.6~1.0℃,14时左右降温幅度为0.8~1.2℃。一天中绿色屋顶的最大降温约为1.0℃,而高反照率屋顶的在1.4℃左右。冷却屋顶的降温作用与建筑物密集程度成正比。(3)两种冷却屋顶主要通过影响城市地表能量平衡来达到降温的效果,但影响的原理不同。(4)不同反照率屋顶和不同比例绿色屋顶对气象因子的影响效果不同(屋顶反照率每增加0.1会使2 m气温降低0.1℃,边界层高度降低24 m,风速降低0.04 m/s,比湿增加0.06 g/kg;屋顶植被覆盖率每增加10%会使2 m气温降低0.062℃,边界层高度降低13 m,风速降低0.05 m/s,比湿增加0.08 g/kg),但都存在线性关系。(5)在15时之后两种冷却屋顶均能提高人体舒适度。使用高反照率屋顶的人体舒适度略高于绿色屋顶的舒适度。

冷却屋顶对北京城市热环境影响的模拟研究

两种类型冷却屋顶(高反照率屋顶、绿色屋顶)的研究对于北京夏季城市高温的缓解作用具有重要的意义。耦合单层城市冠层模式(SLUCM)与天气研究与预报(WRF3.8)模式,采用北京市及其外围地区158个站点气象资料评估模式对照案例(case1)的模拟性能,并选取7组不同反照率屋顶案例(case2—4)和不同覆盖比例的绿色屋顶案例(case5—8)进行敏感性试验。研究结果表明:(1)在北京城市区域,高反照率为0.85的屋顶(case4)比绿色占比100%的屋顶(case8)具有更好的降温效果,case4的3 d平均降温可达到0.90℃,而case8降温为0.46℃。(2)屋顶反照率每增加0.1,会导致北京城市区域最高气温降低0.27℃;绿色屋顶比例的增大也会导致温度的降低,每增加10%,最高气温降低0.16℃。(3)两种冷却屋顶对城市热岛也存在显著的影响,在13—14时(北京时),case4与case1对比的城市热岛(UHI)降温最大差值为1.47℃,比case8的城市热岛降温更加明显。(4)在城市区域垂直高度上,冷却屋顶的降温作用可达到1.2 km,同时湍流运动存在明显的减弱;在3 d的12—18时,case4、case8与case1对比,边界层高度平均降低了669与430 m。

随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶对南京夏季降温效应的模拟分析

为缓解南京夏季城市热环境危机,利用天气研究和预报模式(WRF),模拟了3类屋顶(普通屋顶、高反照率屋顶、随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶)对南京夏季高温天气的影响。结果表明:(1)冷却屋顶(高反照率屋顶和随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶)均可通过削弱到达城市表面的太阳辐射而使城市降温,随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶白天平均降温为0.8~1.2℃,夜间平均降温为0.2~0.4℃,高反照率屋顶白天平均降温为0.6~0.8℃,夜间平均降温为0.2℃;(2)表面温度指数可表征冷却屋顶的热力性能,随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶的表面温度指数为0.16~0.43,高反照率屋顶的表面温度指数为0.05~0.26,表明随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶的冷却效果强于高反照率屋顶;(3)高反照率屋顶和随机玻璃-聚合物混合超材料屋顶分别能将36.7%和47.1%的太阳短波辐射返回到大气层,分别比普通屋顶少吸收19.6%和34.8%的热量。