湿热地区城市乔木冠层能量平衡观测及显热计算模型优化

植被冠层能量分配是认识和把握植被对城市气候调节作用的关键,显热是植被冠层能量的重要组成部分,直接作用于近地气温与人体舒适性.根据能量平衡原理(净辐射=显热+潜热+蓄热),通过植被、液流和微气候等参数在秋冬少雨季的连续、系统性观测,考察湿热地区典型城市乔木(杧果树,树高9.38 m,胸径0.621 m,冠幅8.60 m)的冠层能量分配及显热计算模型.乔木冠层各能量项均随太阳辐射而变:净辐射、显热、蓄热呈“单峰单谷型”日变化,潜热呈“单峰型”日变化,蓄热峰谷出现最早(8:30,16:30),说明植被随外界条件变化快速调整叶片及冠层温度,潜热较大值出现早(11:00)且持续时间长(5 h),说明植被持续有效地通过叶孔蒸腾散热.植被冠层日间获得的太阳辐射能量主要向周边空气散失,引起空气温升和加湿,二者作用的强弱随时间和天气条件而变,上午和晴天、多云天温升作用明显,而下午和阴天加湿作用显著.叶孔蒸腾消耗乔木冠层40％(晴天)～60％(多云天)的日总能量,并在阴天持续发挥作用使得植被净吸收周边空气的热量.冠层显热由叶片与空气温差和冠层空气动力学阻抗决定,以0.11 m/s为界区分自由和受迫对流,预测结果能较好表现乔木冠层的显热变化特征(RMSE=74.54 W/m2,R2=0.86,d=0.96).研究结果为认识和把握典型植被的城市气候调节效应提供基础数据和参考,为提升风景园林设计的环境效益和生态水平奠定科学基础.     

湿热地区城市乔木蒸腾降温观测及计算模型优化

作为植被区别于其他地表和景观设计要素的关键,蒸腾是其调节微气候的重要作用途径,而气孔导度是影响蒸腾作用最重要的生理参数.通过秋冬季长时间连续的树干液流和植被微气候参数测试,研究广州典型城市绿化乔木(杧果树,树高9.38 m,胸径0.621 m,冠幅8.60 m)的蒸腾和气孔导度变化特征,检验和优化不同计算模型的性能.结果表明,乔木蒸腾与其显著的降温(叶片与不透水面温差最大-14.6℃)增湿效应相对应.蒸腾速率呈扁平的"单峰型"日变化特征,不同天气下的最大值及排序为晴天(6.7×10-5 kg/(m2?s))、多云及阴天(3.6×10-5 kg/(m2?s))、小雨天(3.3×10-5 kg/(m2?s))、中到大雨天(2.3×10-5 kg/(m2?s)),蒸腾速率与太阳辐射和空气水蒸气压亏缺(空气距离饱和状态的程度)成正比,相关性最强.冠层气孔导度的变化趋势与蒸腾速率一致,太阳辐射和空气水蒸气压亏缺分别是冠层气孔导度最重要的促进和抑制因素,二者联合作用,使得晴天、多云天和阴天的冠层气孔导度在0.5×10-3～7.0×10-3 m/s之间变化,具备一致性.优化后的Noilhan-Planton模型与Penman-Monteith模型相结合,可准确预测城市乔木在无雨和小雨天(降雨量＜3.2 mm)的逐时蒸腾速率(R2 = 0.80,RMSE = 0.9×10-5 kg/(m2?s),d=0.94).研究结果为湿热地区的城市植被微气候评估、城市绿化和风景园林设计提供数据支持和重要参考.     

湿热地区城市静态水体能量分配特征研究 ——以广州荔湾湖为例

城市水体作为一种基于自然的解决方 案，被视为调节城市气候、改善城市热环境的重 要工具。研究水体的能量分配特征是认识和把 握水体对城市热环境影响的关键。然而，由于缺 乏系统的量化方法和充分的数据支撑，水体的 能量分配，即水体与周边环境能量交换的物理 过程，尚未完全明晰。基于能量平衡理论，以广 州荔湾湖为例，通过冬、夏两季的连续系统观 测，得到湿热地区城市湖泊各能量分项的分配 特征。结果表明：一、辐射通量在湖泊的能量平 衡中具有双重作用，在白天短波辐射是主要能 量输入源，在夜间长波辐射冷却是重要的散热 形式；二、各能量分项受天气条件的影响不同，晴朗少云的“理想”天中净辐射通量Q* 和潜热通量QE显著大于雨天和阴天多云等其他天气条件， 而显热通量QH在这三种天气条件下的差异较小；三、季节对湖泊能量分配有显著影响，在高温高 湿的夏季，蓄热通量Qs的平均日累计占比最大，即大部分净辐射分配给了蓄热；在凉爽干燥的冬 季，QE占比最大，即大部分能量输入转化为了潜热。可为考察城市静态水体能量分配特征提供研 究方法参考，并为认识和把握水体的气候调节效应提供湿热地区的数据支撑，进而推进基于蓝色 基础设施的气候适应型城市建设。     

城市热岛缓减理念与对策体系

城市热岛的产生及危害城市气候由地球表面所输入的短波太阳能量所决定。城市地区对太阳辐射具有相对较低的反射率(地反照率),大部分的太阳能量被城市地表吸收。地球表面吸收的能量中,有一部分作为可感知的热流量在空气对流中丧失。可感知的热流量取决于地球表面和空气之间的温度差别,以及风向、城市表面以上的垂直混合特性以及城市风道的影响。     

空调系统中热湿处理过程的(火用)评价方法及应用

提出对热、湿处理过程进行单独(火用)评价的概念,并构建了相应评价指标.以某一次回风空调系统的典型夏季空气处理过程为例,在热力学极限意义上阐明了对热、湿处理进行单独(火用)评价的实施过程,计算结果表明该空气处理过程的显热(火用)效明显高于潜热(火用)效,潜热(火用)效低下的原因主要在于再热显热(火用)损和冷凝水(火用)损...     

严寒地区空气-空气能量回收装置节能效果分析

介绍显热回收型空气-空气能量回收装置(以下简称能量回收装置)结构,探讨能量回收装置的应用潜力。针对哈尔滨某办公建筑供暖空调系统,利用能耗模拟软件对能量回收装置的节能效果进行了模拟。     

日光温室专用多曲面槽式太阳能空气集热器热工性能试验研究

受到建筑材料热物性能的限制,透射在被动式日光温室北墙的太阳能对墙体内部层温度影响范围较浅,墙体的显热蓄热功能得不到充分利用。为此,基于提出的日光温室太阳能主-被动式三重结构相变蓄热墙体构筑方法,项目组团队研发了一种可直接安装在日光温室后墙顶部、体积小、安装方便且不占用耕地的日光温室专用多曲面槽式太阳能空气集热器,将该集热器加热的空气通过小型风机输送到墙体内部以提高中间厚重墙体的显热蓄热能力。为了探究所研制的多曲面槽式太阳能空气集热器热工性能,本研究搭建了关于该空气集热器热工性能试验台,重点研究了太阳辐照度、集热器内空气流速与进口温度、集热器保温性能及集热器长度等因素对其出口温度、集热量与集热效率等热工性能参数的影响规律。试验结果表明:所研制的多曲面槽式太阳能空气集热器管内空气流速宜为1.6~1.8 m/s,集热器单元的串接长度宜为16~18 m;晴好天气时,空气集热器的最大瞬时集热效率可高达56.7%,单位面积日累积集热量可达6.2 MJ/(m2·d)。     

屋顶植被冠层能量方程的理论修正方法

植被屋顶以其良好的热工性能和特有的生态效应成为了建筑热工学当前的研究热点之一。在对植被屋顶进行能量分析时,植物光合作用消耗的能量一般被忽略。本文从理论上分析比较了屋顶植被光合作用和蒸腾作用消耗的能量,计算得出C3和C4植物光合作用消耗的能量不超过蒸腾作用消耗能量的3%,但CAM植物光合作用消耗的能量可以达到蒸腾作用消耗能量的5%~38%,因此这部分能量不能轻易忽略。在此基础上,本文提出了考虑光合作用时对既有屋顶植被冠层能量方程的理论修正方法。     

夏热冬冷气候城市公共空间热环境季节特征

城市公共空间热环境是影响人们热舒适程度的重要因素。夏热冬冷气候城市公共空间的热环境在一年内会发生很大变化。在长沙市内选择3个典型公共空间(街道、公园和广场)进行长期热环境参数实测实验。通过对不同季节3个实测点的空气温度、相对湿度、黑球温度和风速4个重要热环境参数进行分析,获得夏热冬冷气候城市公共空间的全年热环境特征。研究结果表明:自然气候决定了城市热环境的基本特征,而城市物理结构是引起室外局部热环境发生改变的重要因素;受植物(乔木)和水体(湘江)的影响,沿江街道在全年大部分时间中空气温度显著较低,相对湿度较高,太阳辐射较弱;广场温度较高,太阳辐射较强。     

热反射屋面隔热和节能效果对比测试研究

通过对比测试连续晴天条件下24h持续空调状态的普通深色屋面房间和热反射屋面房间的屋面外表面温度、内表面温度、室内空气温度等热环境参数,量化分析热反射屋面的隔热和节能效果。结果表明,相比普通深色屋面,太阳辐射强烈的夏季晴日中午和午后,热反射屋面外表面温度降低了10℃~15℃,隔热效果显著,有效改善了建筑室外热环境。热反射屋面能够降低建筑屋顶层空调房间的耗冷量,典型夏季晴日热反射屋面房间单位面积空调耗冷量比普通深色屋面降低0.073kWh/(m2·d)。