建筑多孔材料气候蒸发量的风洞实验方法研究

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天然降雨后,在自然气候要素:太阳辐射,空气温度,湿度和风速的综合作用下,构成城市表面的建筑及环境铺装多孔材料中的水分会逐渐迁移至材料层的表面,以水分蒸发的方式形成对周围环境的被动蒸发降温效果,降低城市热岛强度。 在前人的研究中,一般是通过现场测试的方法,对采用多孔降温材料前后的建筑或环境,以温差,热流差和能耗差的方式进行评价,这些结果表达直观,容易理解。但结合实际应用,却存在几点问题:首先,在不同国家地区,不同气候环境下获得的测试结果之间,不具有可比性;其次,作为结果量值,不能参与随各气候要素动态变化的逐时热湿平衡计算,无法与现有能耗计算软件链接,计算材料的这一被动蒸发降温作用。 本文即是针对上述多孔材料动态蒸发降温评价问题,提出了采用气候蒸发量,作为评价多孔材料蒸发降温作用的物理指标,和参与逐时热湿平衡计算的基础参数。多孔材料气候蒸发量是指在自然气候要素的综合作用下,含水材料层表面以蒸发换热的方式,蒸发的水分量值。由于在建筑领域中,尚无前人对建筑多孔材料气候蒸发量进行研究;因此,本文将借鉴其他领域中前人对土壤和植被气候蒸发量的研究方法,对比和确立本文的研究方法。 本文的主要工作有: 采用风洞技术,建立一个可以动态模拟室外真实气候变化,包括太阳辐射,空气温度,相对湿度和风速的耦合变化的热湿气候风洞实验台,形成可以重现某一地区气候环境,可进行对比性气候蒸发量测试的实验基础,提出风洞内地区典型夏季日的定义和计算方法,确立气候蒸发量的实验测试方法。 借鉴土壤蒸发的相似理论,首先通过水面蒸发的风洞实验,获得用于表示气候要素对蒸发过程影响的逐时大气蒸发力,建立基于Penman公式的水面蒸发实验模型;进行了室外水面蒸发和风洞水面蒸发的对比实验,论证水面蒸发实验模型和热湿气候风洞进行蒸发实验研究的可行性。 通过不同材料质地,不同起始蒸发时刻和不同地区气候环境的多孔材料蒸发实验,建立以累积大气蒸发力和材料水分特性参数为自变量的建筑多孔材料蒸发实验模型,初步探讨了双曲正切函数蒸发实验模型和单分子函数蒸发实验模型中各系数与材料质地,起始时刻和地区气候的相关关系。 最后,对绿化植被这一较特殊多孔材料进行了热湿气候风洞蒸散发实验研究,结果表明:采用多孔材料蒸发实验模型比直接采用PM-M公式更适合于植被蒸散发过程的描述,且通过室外植被蒸散发和风洞植被蒸散发的对比实验,再次验证了热湿气候风洞用于多孔材料气候蒸发量的实验研究的可行性。
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