城市街谷绿化的动态热效应

《城市街谷绿化的动态热效应》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、万方数据第30卷第8期2009年8月太阳能学报ACTAENERGIAESOLARISSINICAV01．30，Ro．8Al

2、g．，2009城市街谷绿化的动态热效应赵敬源1，刘加平2(1．长安大学建筑学院，西安710061；2．西安建筑科技大学建筑学院，西安710055)摘要：针对目前城市建设中普遍存在的盲目绿化、缺乏理论支持的现状，该文编制了绿化状态下的城市街谷热过程动态模拟程序，该程序包括一个三维街谷能量交换模型和一个植被能量交换模型，并将模拟结果用通用的环境评价指标量化显示以方便工程使用。在此基础上

3、，通过大鼍的数值试验，比较了乔木、灌木和草坪等植被形态对街谷热环境的不同影响以及叶面积指数1,4／的差异对街谷热环境的影响，从数据出发归纳出植被对环境的作用规律，为科学合理地优化城市绿化设计改善户外环境提供了理论基础。关键词：城市街谷；数值模拟；绿化形式；叶面积指数；平均辐照度中图分类号：TUll文献标识码：AO引言城市街谷亦称都市“峡谷”，指城市覆盖层内相邻建筑物与地面围合形成的类似“峡谷”的空间。街谷热环境是城市热环境的基本构成单元，是自然条件和社会人工因素综合作用的结果。科学的绿化作为经济可行效果

4、良好的环境改良手段，其对街谷热环境的影响已引起了国内外学者的关注⋯。要从街谷热环境的角度来科学合理地进行城市绿化，必须定量阐述各种绿化工况对街谷热环境的影响程度。本文以Fluent6．1软件为平台，编制了街谷热过程模拟程序，并通过测试证实了程序的正确性[2]。选择湿黑球温度WBGT和标准有效温度SET作为街谷热环境安全性和舒适性的评价指标bJ，通过数值试验对典型绿化工况的影响作以定量讨论，从模拟结果出发提出相应的绿化建议。1三维街谷能量交换模型街谷内空气的动态热过程是个复杂的热湿耦合过程。白天，太阳辐射

5、依次照射街谷内的不同区域，使其表面温度升高，并通过对流加热谷内空气，同时各区域之间及其与天空之间又进行着相对辐射；壁面温度的变化影响着街谷内的气流速度，而空气流动既影响谷内对流换热，又不断将谷外空气带人谷内。为突出主要问题使模型更具备普适性，也为了使计算能够实现，作出如下假设：街谷两侧建筑等长等高；每个表面每一时刻只存在两种温度，即阴影区温度和非阴影区温度；街谷两侧建筑室内温度恒定不变。在此基础上，利用多重积分确定不同时刻街谷内各界面的阴影位置和面积以及各区域之间的辐射角系数，即可列出不同界面传热控制方

6、程。以地面为例，传热控制方程见方程(1)，详见图1所示。atl(戈，r)a2t2(茗，r)—F5铂—了：广at2(省，r)a2t2(名，r)—F2口2—j7一其中，口。和052——分别为上层硬质材料和下层素土的导温系数。由气象站观测数据显示，地面下1．6m处已达到基本恒温，用t。表示该恒温值，取为25,Et4

7、，则边界条件如式(2)所示：“篑k。鸹呻一”q。也LA。孰咄=A：孰；。(2)f儿：al=￡2I。=o‘t2I，：屯2t。其中，g。——地面计算区域的太阳辐射强度；qe——地面计算区域对大气的长波

8、辐射散热量；g。——地面收稿日期：2008-05．28基金项目：国家自然科学基金(50印8003)通讯作者：赵敬源(1972一)，女，博士、副教授，主要从事建筑与城市物理环境方面的研究。zjyqtt@163．棚n万方数据1014太阳能学报30卷tR冀鬻￡R．1l—一T”W．-心应夕5蒌攀鬣黼囊Q谂／A',／Ax,／A',,／／《图l地面动态热过程Fig．IThermalprocessofthefloorin(hflllyon同街谷中空气的对流换热量；qm——壁体计算区域同街谷内其它区域之间的辐射换热量；

9、E。￡——地面的蒸发散热量(将混凝土路面看作蒸发率为零的路面)，其中￡为水汽化潜热。各类透水性地砖的蒸发率随材料、焙烧工艺的不同都有所区别，一般情况下，日间(10：00～17：00)透水砖蒸发率多在0．05。0．159／cm2·h。1间变化，其余时间不足O．0059／cm2·h～，无日照时基本为零bJ。由方程(1)和边界条件(2)，即可以给出地面阴影区及非阴影区的差分方程组。同法可得壁面不同区域的差分方程组。2植被能量交换模型绿化对街谷热环境的影响，主要体现在3个方面：一是遮阳，繁茂的树冠遮挡了射入街谷

10、的太阳辐射，直接降低谷内得热量；二是蒸腾潜热，叶片的湿度较大，水分蒸腾带走了街谷内的潜热；三是对流换热，叶片表面温度略低于来流温度，对流带走～部分热量，试验证实【3】，树冠能量平衡中占主导成分的是太阳得热(约占36％)及蒸腾作用(约占5l％)，对流换热的比例不超过13％。鉴于此，我们着重考虑前两个方面的影响。·2．1树荫对街谷热环境的影响辐射对植物的穿透决定于叶片空间分布和相互遮荫的情况以及叶片的大小和方位等。忽略半影效应，认为主要的遮荫部