足尺寸建筑模式下植被屋面的隔热性能及能耗特性研究

摘要

植被屋面具有缓解城市热岛效应、增加城市绿化面积、提高城市空气质量、降低建筑能耗、改善城市生态环境等功能，是目前改善建筑内部热环境及解决建筑节能问题比较有效的方法之一。植被屋面利用植物对太阳辐射的遮挡、植物的光合蒸腾作用和种植土壤层的蒸发冷却效应来有效的减少通过屋面传入室内的热量，实现屋面的隔热降温，从而达到改善建筑室内热环境，减少空调能耗的目标。
　　本文通过建立的足尺寸建筑模式下的对比实验测试平台，对植被屋面、陶粒蒸发屋面、粘性土蒸发屋面以及裸露屋面的隔热性能及能耗特性进行了测试研究，目的在于获得足尺寸建筑模式下植被屋面的隔热性能及能耗特性参数和评价指标，为其在工程应用上提供实验依据。
　　测试建筑位于番禺某商业楼楼顶，选取五个房间作为对比测试房间，五个测试房间建筑面积均为29.64m2，其房间朝向、围护结构构造、窗户构造型式均相同，其中两个测试房间屋面设置为植被屋面，种植植物为佛甲草，一个测试房间屋面铺设陶粒，另一个测试房间屋面铺设粘性土，同时选取一裸露屋面作为对比测试房间。在2013年8月、9月和10月共进行84天的测试。选取测试期间晴天段的测试数据进行隔热性能及能耗特性分析，经过分析获得了不同构造屋面的隔热性能参数、能耗特性指标、并对其隔热性能、能耗特性与气候参数之间的关联性进行了分析，计算得到了不同隔热屋面的传热量和相关的热工性能参数。
　　研究结果表明:植被屋面表现出良好的隔热降温效果，在自然气候工况下，植被屋面一、植被屋面二、陶粒屋面及粘性土屋面比裸露屋面内表面最高温度分别降低了6.0℃、5.5℃、5.5℃、5.0℃;植被房间一、植被房间二、陶粒房间及粘性土房间室内空气温度比裸露房间室内空气平均温度分别降低了1.1℃、1.0℃、0.9℃、0.7℃;植被屋面一、植被屋面二、陶粒屋面、粘性土屋面以及裸露屋面内表面温度波幅分别为:0.6℃、0.6℃、0.7℃、0.8℃、2.7℃，峰谷差分别为:1.1℃、1.2℃、1.3℃、1.4℃、5.3℃;室内空气温度波幅分别为:1.8℃、1.7℃、1.7℃、1.8℃、1.9℃，峰谷差分别为:3.4℃、3.3℃、3.2℃、3.4℃、3.7℃。在空调运行工况下，植被屋面一、植被屋面二、陶粒屋面及粘性土屋面比裸露屋面内表面最高温度分别降低了5.1℃、4.7℃、4.4℃、3.8℃;植被房间一、植被房间二、陶粒房间及粘性土房间室内空气平均温度比裸露房间室内空气平均温度分别降低了0.8℃、0.7℃、0.8℃、0.3℃;植被屋面一、植被屋面二、陶粒屋面、粘性土屋面以及裸露屋面内表面温度波幅分别为:0.4℃、0.5℃、0.5℃、0.8℃、2.5℃，峰谷差分别为:0.8℃、0.9℃、1.0℃、1.6℃、4.7℃;室内空气温度波幅分别为:0.7℃、0.9℃、0.8℃、0.9℃、1.0℃，峰谷差分别为:1.8℃、2.0℃、1.8℃、1.9℃、2.3℃。室内空调设定温度为26℃时，与裸露房间相比，植被房间一、植被房间二、陶粒房间以及粘性土房间累计耗电量分别减少了6.73kWh、7.60kWh、6.75kWh、4.04kWh;植被屋面一单位面积节电量为0.2129kWh/(d· m2)，单位体积节电量为0.0546kWh/(d·m3);植被屋面二单位面积节电量为0.2571kWh/(d·m2)，单位体积节电量为0.0659kWh/(d·m3);陶粒屋面单位面积节电量为0.2179kWh/(d·m2)，单位体积节电量为0.0559kWh/(d·m3);粘性土屋面单位面积节电量为0.1305kWh/(d· m2)，单位体积节电量为0.0335kWh/(d·m3)。
　　屋面的隔热性能以及能耗特性主要受室外气候参数影响。植被屋面的隔热性能及能耗特性与室外气候参数的相关性关系由大到小依次为:室外空气温度、太阳辐射强度、室外空气相对湿度、风速。植被屋面构造层逐时温度与室外空气温度及太阳辐射强度的关联性逐层递减。
　　晴天段植被屋面具有良好的隔热效应，与裸露屋面相比，植被屋面一、植被屋面二、陶粒屋面以及粘性土屋面的平均计算传热热流分别减少了2.8W/m2、1.8W/m2、2.2W/m2、1.4W/m2;植被屋面一、植被屋面二、陶粒屋面以及粘性土屋面白天时段传热热流减少率分别为71.4％、92.8％、64.9％、74.2％;植被屋面一、植被屋面二、陶粒屋面、粘性土屋面以及裸露屋面的传热系数计算值分别为:0.58～0.74W/(m2·K)、0.43～0.63W/(m2·K)、0.62W/(m2·K)、0.75W/(m2·K)、0.89W/(m2·K)。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外植被屋面隔热节能效应研究状况

1．3 存在的问题

1．4 课题研究目的及内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

第二章 实验测试平台及测试系统

2．1 实验测试平台的建立

2．2 实验仪器

2．3 测点布置

2．4 测试时间及参数采集

第三章 气象参数测试分析

3．1 天气状况

3．2 室外空气温度及相对湿度

3．3 太阳辐射强度

3．4 室外风速

第四章 隔热性能对比测试分析

4．1 自然气候工况下隔热性能分析

4．1．1 气象参数

4．1．2 室内空气温度对比分析

4．1．3 不同隔热屋面各构造层温度分析

4．1．4 屋面隔热层外表面温度及屋面内表面温度对比分析

4．1．5 温度衰减效应

4．2 空调运行工况下隔热性能分析

4．2．1 气象参数

4．2．2 室内空气温度对比分析

4．2．3 不同隔热屋面各构造层温度分析

4．2．4 屋面隔热层外表面温度及屋面内表面温度对比分析

4．2．5 温度衰减效应

4．3 本章小结

第五章 能耗特性对比测试分析

5．1 累计耗电量

5．2 节电效果分析

5．3 本章小结

第六章 屋面隔热性能及能耗特性影响因素分析

6．1 气候参数对隔热性能的影响

6．1．1 屋面内表面温度与气候参数的关联性

6．1．2 室内空气温度与气候参数的关联性

6．1．3 逐时各构造层温度与气候参数的关联性

6．2 气候参数对能耗特性的影响

6．3 线性相关性检验

6．4 本章小结

第七章 植被屋面热平衡分析及热工性能研究

7．1 屋面植被层的热平衡分析

7．2 传热热流计算值分析

7．3 计算传热热流降低效应

7．4 传热系数的计算

7．5 本章小结

结论与建议

结论

建议

参考文献

声明

致谢