“城市热岛效应”形成原理及有效应对措施 (原创)

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1、1．城市建筑蓄热对“城市热岛效应”的影响原理以建筑连片面积达1000平方公里的某大城市为例，有1000万人口、400万辆汽车，汽油的燃烧值是3.45*10^7J/L，按每辆轿车每天行驶50公里，每天耗油量4升计算，每辆轿车每天的燃烧值为38kwh，400万辆，总散热量为15200万kwh＝1.52亿kwh。人体散热功率以100w计算，1000万人，一天的散热量为：100W×24h×1000万＝2400万kwh＝0.24亿kwh。太阳辐照地面，每平方米功率高达0.8-1kw，辐照1平方公里地面的太阳能

2、功率为100万kw，1000平方公里的太阳能功率为10亿kw，一天晒10小时，可形成100亿kwh热量。从总热量来说，人体和汽车释放的热量加在一起，也仅相当于太阳辐照热量的1/50，太阳辐照地面形成的热量，远高于城市汽车、人体释放的热量。一般认为是城市下垫面变化造成了“城市热岛效应”，太阳辐照地面形成的热量是如何因城市下垫面变化导致“城市热岛效应”的呢？本课题人员在进行建筑隔热等建筑热工学原理研究过程中，发现：以一般日照每天所能达到的传热厚度计算，不同材料单位面积的蓄热量相差几十倍、上百倍。首先通过

3、在BEED建筑热工节能软件的传热延迟时间计算，得到在同样的日照条件下，不同材料的传热厚度，在此基础上，根据所得到的传热系数，计算同样时间内的传热量，就可以得到不同材料在达到同样传热量时的各自厚度，在此基础上计算蓄热量，见下表：   材料在日光照射下的传热时间和传热厚度计算  墙体结构材料混凝土混凝土松软土松软土松软土挤塑聚苯板挤塑聚苯板挤塑聚苯板挤塑聚苯板厚度mm20030015016320040506580导热系数w/(mK)1.741.740.50.50.50.0320.0320.0320.03

4、2蓄热系数w/(m2K)17.217.26.76.76.70.360.360.360.36延时时间h5.638.284.374.846.180.040.250.60.95传热系数w/(m2K)3.773.112.222.11.820.710.580.460.3820℃温差下，1m2墙体6.63h传热量w（扣除延迟时间，所形成的传热）75.4010075.216.493.57874.055.4843.1720℃温差下，1m2墙体9.28h传热量w（扣除延迟时间，所形成的传热）27562.2218186

5、113131.21104.7579.85663.3081m2墙体都升温15℃，所形成的蓄热量，kwh1.75  1.04  0.0125     日光照射墙体，按表面升温20℃计算传热，在延迟时间之前，传热被墙体吸收形成为蓄热，墙体传热量计作零。超过延迟时间后，并且达到足够的传热量后才能把整个墙体加热。也就是一般需要晒6.63h，达到足够的传热量后，才能将200mm的钢筋混凝土、163mm厚的松软土、50mm的挤塑聚苯板晒热，然后以传热厚度来计算建筑蓄热体积，按照都升温15℃计算墙体蓄热量。Q=Cρ

6、V⊿t，C比热容、材料密度ρ、升温⊿t，V是材料蓄热体积，按太阳每天照射材料，形成的实际传热厚度计算，而材料传热厚度，则与材料热导率、蓄热导致的时间延迟有关。算例1，200mm厚钢筋混凝土材料，温度升高15℃，每平方米蓄积的热量为：0.84*0.2*2500*15=6300kJ=1.75kwh。（钢筋混凝土密度2500kg/m3，比热容C=0.84kJ/kg℃）。算例2，165mm厚软土，温度升高15℃，每平方米蓄积的热量为：1.01*0.165*1500*15=3749kJ=1.04kwh。（松软

7、土壤，密度1500kg/m3，比热容C=1.01kJ/kg℃）。算例3，50mm厚聚苯板，温度升高15℃，每平方米蓄积的热量是：2*0.05*30*15=45kJ=0.0125kwh，（聚苯板密度30kg/m3，比热容C=2kJ/kg℃）。从这三个算例可以看出：200mm厚钢筋混凝土材料，每平方米所形成的蓄热量要比163mm厚土壤高70％，比50mm厚挤塑聚苯板高140倍。但将光能转化成化学能的绿化植物，基本不形成蓄热，蓄热量比挤塑聚苯板还低。大城市建筑密度大、楼层高，如果容积率按4计算，100平方

8、米的楼房，平均外墙面积按65平方米计算，单位地面面积能形成有效蓄热的地上物表面积，比郊区能有效形成蓄热的地上物表面积多1倍，即使郊区都是未绿化的土壤，城市单位地面面积蓄积的太阳辐照热，也要比郊区高3－4倍，如果郊区大都是植物庄稼，城市单位地面面积蓄积的太阳辐照热，要比郊区高上百倍。如果200mm厚的钢筋混凝土至下午17时，被晒热升温15℃，每平方米蓄积的热量高达0.84*0.2*2500*15=6300kJ=1.75kwh，100平方米居室，按65平方米的外墙面积计算