基于热时间常数的室外热环境评价方法研究

摘要

随着社会经济的发展与人民生活水平的提高，人们开始关注室外微气候环境。室外热环境的好坏，关系到人民群众的身体健康，同时与建筑能耗息息相关。但目前室外热环境设计缺少快捷方便的评价工具，规划师和景观设计师无法对其成果进行定量评价。因此，开发室外热环境评价工具有重大意义。
　　 本文首先对室外热环境的影响因素进行研究，总结出影响室外热环境主要因素是：城市气候、建筑形式及规划布局、地表状况。室外热环境的核心设计理念是：在气候适应性策略的指导下，通过合理的建筑与规划设计，优化地表状况，改善室外热环境。
　　 接着本文对影响室外热环境的重要因素——地表状况进行了实验研究。对水泥、草坪、水体提出一维热平衡数学模型，利用实验数据验证表明模拟与实测吻合较好，相关度0.98以上，最大相对误差除草坪外，其余均在6％以内。
　　 最后，本文通过对CTTC(Cluster Thermal Time Constant)模型、改进CTTC模型、绿色CTTC模型进行研究，将模型扩展到三维并确定各项参数取值。通过实验验证表明，CTTC模型+绿色CTTC模型预测结果准确，最大相对偏差3.4％。
　　 基于CTTC模型+绿色CTTC模型开发了室外热环境评价工具，利用该工具对建筑群方案进行模拟，分析建筑密度、建筑高度、建筑架空、绿地率、绿化结构对室外热环境的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究目标

1.3 研究意义

1.3.1 合理规划建筑小区，改善室外热环境

1.3.2 为其他研究提供准确的气象参数

1.4 国内外研究现状

1.4.1 室外热环境及其影响因素研究现状

1.4.2 地表状况热反应的实验研究现状

1.4.3 地表温度计算数学模型研究

1.4.4 室外热环境模拟方法研究

1.5 相关研究的未尽之处

1.6 本文研究框架与主要内容

1.7 本章小结

第二章 室外热环境影响因素与改善措施研究

2.1 引言

2.2 室外热环境及其评价指标

2.2.1 室外热环境的概念

2.2.2 室外热环境的研究对象分析

2.2.3 室外热环境的评价指标

2.3 城市气候

2.4 建筑形式及规划布局

2.4.1 建筑形式及规划布局与热岛强度的关系

2.4.2 建筑形式及规划布局和风速的关系

2.4.3 建筑自身形式对风速的影响

2.5 地表状况

2.5.1 不透水性铺装

2.5.2 透水性硬质铺装(非绿化)

2.5.3 绿化

2.5.4 水体

2.6 气候适应性策略及方法

2.7 室外热环境规划设计的方法

2.8 本章小结

第三章 不同地表状况逐时热反应规律实验研究

3.1 引言

3.2 实验测试

3.2.1 测试场地与测点介绍

3.2.2 测试仪器

3.2.3 测试方法

3.3 气象数据

3.4 数据分析

3.4.1 地表温度

3.4.2 空气温度

3.4.3 空气湿度

3.4.3 WBGT值

3.5 本章小结

第四章 室外地表温度计算数学模型研究

4.1 引言

4.2 硬质地表温度预测模型

4.2.1 硬质地表热平衡方程及边界条件

4.2.2 地表空气界面热交换能量通量

4.2.3 方程离散与求解

4.3 水体表面温度预测模型

4.3.1 水体表面温度预测模型特点

4.3.2 水体热平衡方程及边界条件

4.3.3 热对流

4.3.4 参数计算

4.3.5 方程离散与求解

4.4 程序实现

4.5 模型验证与误差分析

4.5.1 地表计算热工参数

4.5.2 地表温度模拟结果与误差分析

4.6 本章小结

第五章 CTTC模型研究与室外热环境评价工具开发应用

5.1 引言

5.2 热时间常数的概念

5.3 CTTC模型介绍

5.3.1 CTTC模型推导

5.3.2 初始CTTC模型

5.3.3 改进CTTC模型

5.3.4 改进CTTC模型准确性的争论

5.3.5 绿色CTTC模型

5.3.6 实验验证

5.4 CTTC模型扩展与参数选取

5.4.1 二维模型扩展到三维

5.4.2 地表蒸发计算

5.4.3 乔木CTTC值计算

5.4.4 乔木C值计算

5.4.5 计算高度选取

5.5 CTTC模型的验证和比较研究

5.5.1 测点布置

5.5.2 气象参数

5.5.3 建筑信息

5.5.4 其它参数

5.5.5 模型验证

5.6 室外热环境评价工具及其程序实现

5.6.1 室外热环境评价工具研究

5.6.2 室外热环境评价工具程序实现

5.6.3 室外热环境评价工具程序界面及操作方式简介

5.7 室外热环境评价工具的应用

5.7.1 气象数据

5.7.2 建筑信息

5.7.3 建筑密度对室外热环境影响

5.7.4 建筑高度对室外热环境影响

5.7.5 绿地率对室外热环境影响

5.7.6 绿地类型对室外热环境影响

5.7.7 建筑架空对室外热环境影响

5.7.8 人为排热对室外热环境影响

5.7.9 室外热环境改善方法研究

5.7.10 总结

5.8 本章小结

总结与展望

本文总结

工作展望

参考文献

附录1 室外热环境评价工具DUTE2.0计算实例

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢