佛甲草屋面模塊隔熱性能研究

王璋元　楊晚生

摘 要 屋面蒸發(fā)冷卻技術(shù)可減少屋面?zhèn)鳠崃?，改善室?nèi)熱環(huán)境，降低建筑能耗，具有良好的環(huán)境生態(tài)效益和節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益。文章通過(guò)所研制的小型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)佛甲草模塊的隔熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，為建筑屋面被動(dòng)式蒸發(fā)冷卻的隔熱機(jī)理分析及工程應(yīng)用提供了基本實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 屋面模塊；佛甲草；隔熱性能；對(duì)比研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TU57+6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）06-0048-02

植被屋面因其優(yōu)越的改善室內(nèi)熱環(huán)境及城市生態(tài)性能，近年來(lái)在建筑中運(yùn)用越來(lái)越廣泛。德國(guó)是最早將植被屋面產(chǎn)業(yè)化的國(guó)家。20世紀(jì)20年代，植被屋面獲得了德國(guó)政府的大力支持，并成立了專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)研發(fā)、推廣與普及的相關(guān)機(jī)構(gòu)，這也是佛甲草等植物被首次應(yīng)用到工程建筑的正式開(kāi)端。但我國(guó)此方面的工作則相對(duì)開(kāi)展較晚，嚴(yán)格意義上的應(yīng)用最早應(yīng)是廣東佛山某動(dòng)力聯(lián)盟大樓，該大樓于2009年完工，總共包括了1800 m2的屋面綠化，佛甲草即為主用植物，再配合其他多種小喬木、灌木以及藤本植物等，可發(fā)揮較好降低太陽(yáng)輻射強(qiáng)度與提升屋面隔熱能力的效果，同時(shí)還形成了一種空中花園的格調(diào)，增添了人們游玩休憩的別致感受。

鑒于此，筆者在本文中，擬采用小型風(fēng)洞裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù)的控制，并通過(guò)一定實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)隔熱模塊，旨在對(duì)佛甲草模塊的隔熱性能展開(kāi)研究。

1 實(shí)驗(yàn)方法及儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞

本研究中，風(fēng)洞裝置主要由兩部分組成：①空氣調(diào)節(jié)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)；②風(fēng)洞。

空氣調(diào)節(jié)模擬試驗(yàn)臺(tái)設(shè)有調(diào)節(jié)風(fēng)量大小的電壓調(diào)壓器；在設(shè)備內(nèi)部配備有空氣預(yù)熱器與再熱器等，可將空氣加熱升溫，電加熱器的電輸入數(shù)值是可以被分別直接測(cè)量的，且同時(shí)還能將測(cè)量到的數(shù)值與被處理空氣的熱焓變化情況進(jìn)行對(duì)比分析；而另一方面，還設(shè)計(jì)有可對(duì)空氣進(jìn)行降溫與加濕的噴水室。

風(fēng)洞由軟接頭、鋁合金風(fēng)道和風(fēng)機(jī)組成。在風(fēng)洞的中部設(shè)置有模擬太陽(yáng)輻射的輻射燈，該燈的正下方即為測(cè)試段，測(cè)試模塊即放置在這里。另于風(fēng)洞的出口端安裝有2臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，同時(shí)在風(fēng)洞內(nèi)部設(shè)置熱電偶溫度檢測(cè)點(diǎn)，以此對(duì)風(fēng)洞內(nèi)部的空氣溫度變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1.2 模塊構(gòu)造

佛甲草是種植在輕型的種植土隔熱模塊撒謊能夠的，而這些種植土模塊所采用的材料通常包括有PVC模塊板、土工布、蓄排水板以及輕質(zhì)土等。模塊板大小一般設(shè)計(jì)為60 cm×60 cm×10 cm，并在其底層鋪設(shè)有一層厚度大概為2.5 cm的蓄排水板，土工布即覆蓋于這些蓄排水板之上，再將6.5 cm的輕型種植土鋪設(shè)于土工布的上面，單位模塊的整體凈重大概為10.09 kg。為進(jìn)一步降低模塊側(cè)面與其底部的傳熱量，再采用5 mm厚的擠塑聚苯板對(duì)這些地方進(jìn)行了包裹處理。模塊的熱電偶溫度檢測(cè)點(diǎn)共有10個(gè)，在輕質(zhì)土表面、輕質(zhì)土內(nèi)部、土工布表面、模塊板內(nèi)以及外底面等處均有分布。

1.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀器及方法

風(fēng)洞內(nèi)及模塊內(nèi)部溫度采集采用金艾聯(lián)電子科技有限公司的JK-16U多路溫度巡檢儀，數(shù)據(jù)采集時(shí)間為1 h，測(cè)溫范圍-50℃～300℃，實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度0℃～50℃。溫度測(cè)點(diǎn)采用鎳鉻-鎳硅熱電偶。

測(cè)量風(fēng)洞內(nèi)部空氣濕度的儀器選用YD-HT2X808J型溫濕度記錄儀（銀都科技有限公司生產(chǎn)），該儀器共裝備有2個(gè)溫濕度探頭，分別測(cè)量進(jìn)口和出口段距測(cè)試模塊50 cm的相對(duì)濕度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文分別從模塊內(nèi)、外表面溫度方面分析研究佛甲草模塊的隔熱性能。

2.1 環(huán)境參數(shù)分析

實(shí)驗(yàn)首先在無(wú)輻射條件下進(jìn)行，研究佛甲草模塊的隔熱性能，入口段環(huán)境溫度平均值為46.5℃，環(huán)境相對(duì)濕度平均值為38.8%，模塊含濕量為30%。實(shí)驗(yàn)再在300 W/m2輻射條件下進(jìn)行，入口段環(huán)境溫度平均值為36.6℃，環(huán)境相對(duì)濕度平均值為50.4%，模塊含濕量為30%。所得的環(huán)境溫度和相對(duì)濕度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從上表可分析得出，在有無(wú)太陽(yáng)輻射條件下，風(fēng)洞入口段的相對(duì)溫濕度基本保持恒定，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求。

2.2 模塊內(nèi)外表面溫度

模塊由上到下的溫度水平是反應(yīng)其隔熱性能的最直觀的指標(biāo)參數(shù)，而其內(nèi)、外表的最高溫度則可反應(yīng)出模塊在熱傳遞過(guò)程中的峰值水平。有無(wú)太陽(yáng)輻射條件下模塊內(nèi)、外表面最高溫度見(jiàn)表2。

分析上表連續(xù)五天的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可得出，隔熱模塊在有無(wú)輻射的情況下均表現(xiàn)有非常相似的現(xiàn)象，總體來(lái)看，30%含濕量的佛甲草隔熱模塊具有相對(duì)更低的內(nèi)外表面溫度波動(dòng)。

2.3 溫度衰減特性分析

2.3.1 溫度波幅

物體的溫度會(huì)在很大程度受到周?chē)h(huán)境的影響，同時(shí)物體的溫度波幅具體是指：在特定的時(shí)間范圍內(nèi)其最高溫度與平均溫度的差。我們即可采用這樣的溫度波幅來(lái)指示隔熱模塊的穩(wěn)定性能。在測(cè)試過(guò)程中，兩種條件下測(cè)試模塊的內(nèi)外表面溫度波幅的具體變化情況詳見(jiàn)表3。

對(duì)上表中模塊內(nèi)外表面溫度波幅進(jìn)行分析，其結(jié)果如下。

1）無(wú)太陽(yáng)輻射條件下，佛甲草隔熱模塊的內(nèi)表面溫度波幅變化最小，在0.5℃～0.8℃范圍內(nèi)變化，說(shuō)明佛甲草隔熱模塊的隔熱性能穩(wěn)定。

2）有太陽(yáng)輻射條件下，佛甲草隔熱模塊的內(nèi)表面溫度波幅在0.3℃～0.7℃之間，非常穩(wěn)定。

2.3.2 溫度峰谷差

溫度波衰減性的評(píng)價(jià)一般通過(guò)考察對(duì)同一點(diǎn)的溫度峰谷差來(lái)進(jìn)行的，峰谷差具體為一天內(nèi)最高與最低溫度的差值，該數(shù)值即可反映出日平均溫度的波動(dòng)特性以及溫度波的衰減特性。模塊內(nèi)外表面溫度的峰谷差分別在有無(wú)太陽(yáng)輻射條件下的具體變化情況詳見(jiàn)表4。

有無(wú)太陽(yáng)輻射條件下，隔熱模塊的內(nèi)、外表面溫度峰谷差分析如下。

1）在無(wú)太陽(yáng)輻射條件下，模塊內(nèi)表面溫度峰谷差最大值為1.2℃，最小值為0.8℃，平均峰谷差為1.0℃。

2）在有太陽(yáng)輻射條件下，模塊內(nèi)表面溫度峰谷差最大值為1.2℃，最小值為0.7℃，平均峰谷差為0.9℃。

3 結(jié)束語(yǔ)

本研究采用了小型風(fēng)洞裝置來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行控制，并在該條件下建立相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)設(shè)計(jì)隔熱模塊，以此對(duì)佛甲草模塊的隔熱性能進(jìn)行研究。本次研究可為建筑屋面被動(dòng)式植被模塊的隔熱機(jī)理分析及其相關(guān)的工程應(yīng)用提供一定的理論數(shù)據(jù)支持。

基金項(xiàng)目

廣東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（S2013010011674和S2013010013536）；中國(guó)博士后科學(xué)基金第六批特別資助項(xiàng)目（2013T60790）；中國(guó)博士后科學(xué)基金第52批面上資助項(xiàng)目（2012M521576）；廣東工業(yè)大學(xué)校博士啟動(dòng)基金（12ZK0380）；住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技項(xiàng)目（2011-k1-28）；亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目（2011KB22）；廣東省建筑節(jié)能與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（2011048）。

參考文獻(xiàn)

[1]孟慶林，李建成.廣州城市氣候資源與被動(dòng)蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用[J].熱帶地理，1998，18（2）：168-171.

[2]范影.被動(dòng)冷卻技術(shù)在我國(guó)建筑節(jié)能中的應(yīng)用與展望[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2005，24（5）：29-32.

[3]黃翔.蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：6-7.

[4]查翔.城市景觀之屋頂綠化[J].中外建筑，2006（02）：55-56.

[5]白潤(rùn)波.綠色建筑節(jié)能技術(shù)與實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012：180-181.

作者簡(jiǎn)介

王璋元（1986-），女，山東濰坊人，講師，博士（后），主要從事可持續(xù)能源技術(shù)研究。endprint

摘 要 屋面蒸發(fā)冷卻技術(shù)可減少屋面?zhèn)鳠崃?，改善室?nèi)熱環(huán)境，降低建筑能耗，具有良好的環(huán)境生態(tài)效益和節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益。文章通過(guò)所研制的小型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)佛甲草模塊的隔熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，為建筑屋面被動(dòng)式蒸發(fā)冷卻的隔熱機(jī)理分析及工程應(yīng)用提供了基本實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 屋面模塊；佛甲草；隔熱性能；對(duì)比研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TU57+6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）06-0048-02

植被屋面因其優(yōu)越的改善室內(nèi)熱環(huán)境及城市生態(tài)性能，近年來(lái)在建筑中運(yùn)用越來(lái)越廣泛。德國(guó)是最早將植被屋面產(chǎn)業(yè)化的國(guó)家。20世紀(jì)20年代，植被屋面獲得了德國(guó)政府的大力支持，并成立了專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)研發(fā)、推廣與普及的相關(guān)機(jī)構(gòu)，這也是佛甲草等植物被首次應(yīng)用到工程建筑的正式開(kāi)端。但我國(guó)此方面的工作則相對(duì)開(kāi)展較晚，嚴(yán)格意義上的應(yīng)用最早應(yīng)是廣東佛山某動(dòng)力聯(lián)盟大樓，該大樓于2009年完工，總共包括了1800 m2的屋面綠化，佛甲草即為主用植物，再配合其他多種小喬木、灌木以及藤本植物等，可發(fā)揮較好降低太陽(yáng)輻射強(qiáng)度與提升屋面隔熱能力的效果，同時(shí)還形成了一種空中花園的格調(diào)，增添了人們游玩休憩的別致感受。

鑒于此，筆者在本文中，擬采用小型風(fēng)洞裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù)的控制，并通過(guò)一定實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)隔熱模塊，旨在對(duì)佛甲草模塊的隔熱性能展開(kāi)研究。

1 實(shí)驗(yàn)方法及儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞

本研究中，風(fēng)洞裝置主要由兩部分組成：①空氣調(diào)節(jié)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)；②風(fēng)洞。

空氣調(diào)節(jié)模擬試驗(yàn)臺(tái)設(shè)有調(diào)節(jié)風(fēng)量大小的電壓調(diào)壓器；在設(shè)備內(nèi)部配備有空氣預(yù)熱器與再熱器等，可將空氣加熱升溫，電加熱器的電輸入數(shù)值是可以被分別直接測(cè)量的，且同時(shí)還能將測(cè)量到的數(shù)值與被處理空氣的熱焓變化情況進(jìn)行對(duì)比分析；而另一方面，還設(shè)計(jì)有可對(duì)空氣進(jìn)行降溫與加濕的噴水室。

風(fēng)洞由軟接頭、鋁合金風(fēng)道和風(fēng)機(jī)組成。在風(fēng)洞的中部設(shè)置有模擬太陽(yáng)輻射的輻射燈，該燈的正下方即為測(cè)試段，測(cè)試模塊即放置在這里。另于風(fēng)洞的出口端安裝有2臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，同時(shí)在風(fēng)洞內(nèi)部設(shè)置熱電偶溫度檢測(cè)點(diǎn)，以此對(duì)風(fēng)洞內(nèi)部的空氣溫度變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1.2 模塊構(gòu)造

佛甲草是種植在輕型的種植土隔熱模塊撒謊能夠的，而這些種植土模塊所采用的材料通常包括有PVC模塊板、土工布、蓄排水板以及輕質(zhì)土等。模塊板大小一般設(shè)計(jì)為60 cm×60 cm×10 cm，并在其底層鋪設(shè)有一層厚度大概為2.5 cm的蓄排水板，土工布即覆蓋于這些蓄排水板之上，再將6.5 cm的輕型種植土鋪設(shè)于土工布的上面，單位模塊的整體凈重大概為10.09 kg。為進(jìn)一步降低模塊側(cè)面與其底部的傳熱量，再采用5 mm厚的擠塑聚苯板對(duì)這些地方進(jìn)行了包裹處理。模塊的熱電偶溫度檢測(cè)點(diǎn)共有10個(gè)，在輕質(zhì)土表面、輕質(zhì)土內(nèi)部、土工布表面、模塊板內(nèi)以及外底面等處均有分布。

1.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀器及方法

風(fēng)洞內(nèi)及模塊內(nèi)部溫度采集采用金艾聯(lián)電子科技有限公司的JK-16U多路溫度巡檢儀，數(shù)據(jù)采集時(shí)間為1 h，測(cè)溫范圍-50℃～300℃，實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度0℃～50℃。溫度測(cè)點(diǎn)采用鎳鉻-鎳硅熱電偶。

測(cè)量風(fēng)洞內(nèi)部空氣濕度的儀器選用YD-HT2X808J型溫濕度記錄儀（銀都科技有限公司生產(chǎn)），該儀器共裝備有2個(gè)溫濕度探頭，分別測(cè)量進(jìn)口和出口段距測(cè)試模塊50 cm的相對(duì)濕度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文分別從模塊內(nèi)、外表面溫度方面分析研究佛甲草模塊的隔熱性能。

2.1 環(huán)境參數(shù)分析

實(shí)驗(yàn)首先在無(wú)輻射條件下進(jìn)行，研究佛甲草模塊的隔熱性能，入口段環(huán)境溫度平均值為46.5℃，環(huán)境相對(duì)濕度平均值為38.8%，模塊含濕量為30%。實(shí)驗(yàn)再在300 W/m2輻射條件下進(jìn)行，入口段環(huán)境溫度平均值為36.6℃，環(huán)境相對(duì)濕度平均值為50.4%，模塊含濕量為30%。所得的環(huán)境溫度和相對(duì)濕度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從上表可分析得出，在有無(wú)太陽(yáng)輻射條件下，風(fēng)洞入口段的相對(duì)溫濕度基本保持恒定，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求。

2.2 模塊內(nèi)外表面溫度

模塊由上到下的溫度水平是反應(yīng)其隔熱性能的最直觀的指標(biāo)參數(shù)，而其內(nèi)、外表的最高溫度則可反應(yīng)出模塊在熱傳遞過(guò)程中的峰值水平。有無(wú)太陽(yáng)輻射條件下模塊內(nèi)、外表面最高溫度見(jiàn)表2。

分析上表連續(xù)五天的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可得出，隔熱模塊在有無(wú)輻射的情況下均表現(xiàn)有非常相似的現(xiàn)象，總體來(lái)看，30%含濕量的佛甲草隔熱模塊具有相對(duì)更低的內(nèi)外表面溫度波動(dòng)。

2.3 溫度衰減特性分析

2.3.1 溫度波幅

物體的溫度會(huì)在很大程度受到周?chē)h(huán)境的影響，同時(shí)物體的溫度波幅具體是指：在特定的時(shí)間范圍內(nèi)其最高溫度與平均溫度的差。我們即可采用這樣的溫度波幅來(lái)指示隔熱模塊的穩(wěn)定性能。在測(cè)試過(guò)程中，兩種條件下測(cè)試模塊的內(nèi)外表面溫度波幅的具體變化情況詳見(jiàn)表3。

對(duì)上表中模塊內(nèi)外表面溫度波幅進(jìn)行分析，其結(jié)果如下。

1）無(wú)太陽(yáng)輻射條件下，佛甲草隔熱模塊的內(nèi)表面溫度波幅變化最小，在0.5℃～0.8℃范圍內(nèi)變化，說(shuō)明佛甲草隔熱模塊的隔熱性能穩(wěn)定。

2）有太陽(yáng)輻射條件下，佛甲草隔熱模塊的內(nèi)表面溫度波幅在0.3℃～0.7℃之間，非常穩(wěn)定。

2.3.2 溫度峰谷差

溫度波衰減性的評(píng)價(jià)一般通過(guò)考察對(duì)同一點(diǎn)的溫度峰谷差來(lái)進(jìn)行的，峰谷差具體為一天內(nèi)最高與最低溫度的差值，該數(shù)值即可反映出日平均溫度的波動(dòng)特性以及溫度波的衰減特性。模塊內(nèi)外表面溫度的峰谷差分別在有無(wú)太陽(yáng)輻射條件下的具體變化情況詳見(jiàn)表4。

有無(wú)太陽(yáng)輻射條件下，隔熱模塊的內(nèi)、外表面溫度峰谷差分析如下。

1）在無(wú)太陽(yáng)輻射條件下，模塊內(nèi)表面溫度峰谷差最大值為1.2℃，最小值為0.8℃，平均峰谷差為1.0℃。

2）在有太陽(yáng)輻射條件下，模塊內(nèi)表面溫度峰谷差最大值為1.2℃，最小值為0.7℃，平均峰谷差為0.9℃。

3 結(jié)束語(yǔ)

本研究采用了小型風(fēng)洞裝置來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行控制，并在該條件下建立相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)設(shè)計(jì)隔熱模塊，以此對(duì)佛甲草模塊的隔熱性能進(jìn)行研究。本次研究可為建筑屋面被動(dòng)式植被模塊的隔熱機(jī)理分析及其相關(guān)的工程應(yīng)用提供一定的理論數(shù)據(jù)支持。

基金項(xiàng)目

廣東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（S2013010011674和S2013010013536）；中國(guó)博士后科學(xué)基金第六批特別資助項(xiàng)目（2013T60790）；中國(guó)博士后科學(xué)基金第52批面上資助項(xiàng)目（2012M521576）；廣東工業(yè)大學(xué)校博士啟動(dòng)基金（12ZK0380）；住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技項(xiàng)目（2011-k1-28）；亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目（2011KB22）；廣東省建筑節(jié)能與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（2011048）。

參考文獻(xiàn)

[1]孟慶林，李建成.廣州城市氣候資源與被動(dòng)蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用[J].熱帶地理，1998，18（2）：168-171.

[2]范影.被動(dòng)冷卻技術(shù)在我國(guó)建筑節(jié)能中的應(yīng)用與展望[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2005，24（5）：29-32.

[3]黃翔.蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：6-7.

[4]查翔.城市景觀之屋頂綠化[J].中外建筑，2006（02）：55-56.

[5]白潤(rùn)波.綠色建筑節(jié)能技術(shù)與實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012：180-181.

作者簡(jiǎn)介

王璋元（1986-），女，山東濰坊人，講師，博士（后），主要從事可持續(xù)能源技術(shù)研究。endprint

摘 要 屋面蒸發(fā)冷卻技術(shù)可減少屋面?zhèn)鳠崃?，改善室?nèi)熱環(huán)境，降低建筑能耗，具有良好的環(huán)境生態(tài)效益和節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益。文章通過(guò)所研制的小型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)佛甲草模塊的隔熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，為建筑屋面被動(dòng)式蒸發(fā)冷卻的隔熱機(jī)理分析及工程應(yīng)用提供了基本實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 屋面模塊；佛甲草；隔熱性能；對(duì)比研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TU57+6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）06-0048-02

植被屋面因其優(yōu)越的改善室內(nèi)熱環(huán)境及城市生態(tài)性能，近年來(lái)在建筑中運(yùn)用越來(lái)越廣泛。德國(guó)是最早將植被屋面產(chǎn)業(yè)化的國(guó)家。20世紀(jì)20年代，植被屋面獲得了德國(guó)政府的大力支持，并成立了專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)研發(fā)、推廣與普及的相關(guān)機(jī)構(gòu)，這也是佛甲草等植物被首次應(yīng)用到工程建筑的正式開(kāi)端。但我國(guó)此方面的工作則相對(duì)開(kāi)展較晚，嚴(yán)格意義上的應(yīng)用最早應(yīng)是廣東佛山某動(dòng)力聯(lián)盟大樓，該大樓于2009年完工，總共包括了1800 m2的屋面綠化，佛甲草即為主用植物，再配合其他多種小喬木、灌木以及藤本植物等，可發(fā)揮較好降低太陽(yáng)輻射強(qiáng)度與提升屋面隔熱能力的效果，同時(shí)還形成了一種空中花園的格調(diào)，增添了人們游玩休憩的別致感受。

鑒于此，筆者在本文中，擬采用小型風(fēng)洞裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù)的控制，并通過(guò)一定實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)隔熱模塊，旨在對(duì)佛甲草模塊的隔熱性能展開(kāi)研究。

1 實(shí)驗(yàn)方法及儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞

本研究中，風(fēng)洞裝置主要由兩部分組成：①空氣調(diào)節(jié)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)；②風(fēng)洞。

空氣調(diào)節(jié)模擬試驗(yàn)臺(tái)設(shè)有調(diào)節(jié)風(fēng)量大小的電壓調(diào)壓器；在設(shè)備內(nèi)部配備有空氣預(yù)熱器與再熱器等，可將空氣加熱升溫，電加熱器的電輸入數(shù)值是可以被分別直接測(cè)量的，且同時(shí)還能將測(cè)量到的數(shù)值與被處理空氣的熱焓變化情況進(jìn)行對(duì)比分析；而另一方面，還設(shè)計(jì)有可對(duì)空氣進(jìn)行降溫與加濕的噴水室。

風(fēng)洞由軟接頭、鋁合金風(fēng)道和風(fēng)機(jī)組成。在風(fēng)洞的中部設(shè)置有模擬太陽(yáng)輻射的輻射燈，該燈的正下方即為測(cè)試段，測(cè)試模塊即放置在這里。另于風(fēng)洞的出口端安裝有2臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，同時(shí)在風(fēng)洞內(nèi)部設(shè)置熱電偶溫度檢測(cè)點(diǎn)，以此對(duì)風(fēng)洞內(nèi)部的空氣溫度變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1.2 模塊構(gòu)造

佛甲草是種植在輕型的種植土隔熱模塊撒謊能夠的，而這些種植土模塊所采用的材料通常包括有PVC模塊板、土工布、蓄排水板以及輕質(zhì)土等。模塊板大小一般設(shè)計(jì)為60 cm×60 cm×10 cm，并在其底層鋪設(shè)有一層厚度大概為2.5 cm的蓄排水板，土工布即覆蓋于這些蓄排水板之上，再將6.5 cm的輕型種植土鋪設(shè)于土工布的上面，單位模塊的整體凈重大概為10.09 kg。為進(jìn)一步降低模塊側(cè)面與其底部的傳熱量，再采用5 mm厚的擠塑聚苯板對(duì)這些地方進(jìn)行了包裹處理。模塊的熱電偶溫度檢測(cè)點(diǎn)共有10個(gè)，在輕質(zhì)土表面、輕質(zhì)土內(nèi)部、土工布表面、模塊板內(nèi)以及外底面等處均有分布。

1.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀器及方法

風(fēng)洞內(nèi)及模塊內(nèi)部溫度采集采用金艾聯(lián)電子科技有限公司的JK-16U多路溫度巡檢儀，數(shù)據(jù)采集時(shí)間為1 h，測(cè)溫范圍-50℃～300℃，實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度0℃～50℃。溫度測(cè)點(diǎn)采用鎳鉻-鎳硅熱電偶。

測(cè)量風(fēng)洞內(nèi)部空氣濕度的儀器選用YD-HT2X808J型溫濕度記錄儀（銀都科技有限公司生產(chǎn)），該儀器共裝備有2個(gè)溫濕度探頭，分別測(cè)量進(jìn)口和出口段距測(cè)試模塊50 cm的相對(duì)濕度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文分別從模塊內(nèi)、外表面溫度方面分析研究佛甲草模塊的隔熱性能。

2.1 環(huán)境參數(shù)分析

實(shí)驗(yàn)首先在無(wú)輻射條件下進(jìn)行，研究佛甲草模塊的隔熱性能，入口段環(huán)境溫度平均值為46.5℃，環(huán)境相對(duì)濕度平均值為38.8%，模塊含濕量為30%。實(shí)驗(yàn)再在300 W/m2輻射條件下進(jìn)行，入口段環(huán)境溫度平均值為36.6℃，環(huán)境相對(duì)濕度平均值為50.4%，模塊含濕量為30%。所得的環(huán)境溫度和相對(duì)濕度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從上表可分析得出，在有無(wú)太陽(yáng)輻射條件下，風(fēng)洞入口段的相對(duì)溫濕度基本保持恒定，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求。

2.2 模塊內(nèi)外表面溫度

模塊由上到下的溫度水平是反應(yīng)其隔熱性能的最直觀的指標(biāo)參數(shù)，而其內(nèi)、外表的最高溫度則可反應(yīng)出模塊在熱傳遞過(guò)程中的峰值水平。有無(wú)太陽(yáng)輻射條件下模塊內(nèi)、外表面最高溫度見(jiàn)表2。

分析上表連續(xù)五天的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可得出，隔熱模塊在有無(wú)輻射的情況下均表現(xiàn)有非常相似的現(xiàn)象，總體來(lái)看，30%含濕量的佛甲草隔熱模塊具有相對(duì)更低的內(nèi)外表面溫度波動(dòng)。

2.3 溫度衰減特性分析

2.3.1 溫度波幅

物體的溫度會(huì)在很大程度受到周?chē)h(huán)境的影響，同時(shí)物體的溫度波幅具體是指：在特定的時(shí)間范圍內(nèi)其最高溫度與平均溫度的差。我們即可采用這樣的溫度波幅來(lái)指示隔熱模塊的穩(wěn)定性能。在測(cè)試過(guò)程中，兩種條件下測(cè)試模塊的內(nèi)外表面溫度波幅的具體變化情況詳見(jiàn)表3。

對(duì)上表中模塊內(nèi)外表面溫度波幅進(jìn)行分析，其結(jié)果如下。

1）無(wú)太陽(yáng)輻射條件下，佛甲草隔熱模塊的內(nèi)表面溫度波幅變化最小，在0.5℃～0.8℃范圍內(nèi)變化，說(shuō)明佛甲草隔熱模塊的隔熱性能穩(wěn)定。

2）有太陽(yáng)輻射條件下，佛甲草隔熱模塊的內(nèi)表面溫度波幅在0.3℃～0.7℃之間，非常穩(wěn)定。

2.3.2 溫度峰谷差

溫度波衰減性的評(píng)價(jià)一般通過(guò)考察對(duì)同一點(diǎn)的溫度峰谷差來(lái)進(jìn)行的，峰谷差具體為一天內(nèi)最高與最低溫度的差值，該數(shù)值即可反映出日平均溫度的波動(dòng)特性以及溫度波的衰減特性。模塊內(nèi)外表面溫度的峰谷差分別在有無(wú)太陽(yáng)輻射條件下的具體變化情況詳見(jiàn)表4。

有無(wú)太陽(yáng)輻射條件下，隔熱模塊的內(nèi)、外表面溫度峰谷差分析如下。

1）在無(wú)太陽(yáng)輻射條件下，模塊內(nèi)表面溫度峰谷差最大值為1.2℃，最小值為0.8℃，平均峰谷差為1.0℃。

2）在有太陽(yáng)輻射條件下，模塊內(nèi)表面溫度峰谷差最大值為1.2℃，最小值為0.7℃，平均峰谷差為0.9℃。

3 結(jié)束語(yǔ)

本研究采用了小型風(fēng)洞裝置來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行控制，并在該條件下建立相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)設(shè)計(jì)隔熱模塊，以此對(duì)佛甲草模塊的隔熱性能進(jìn)行研究。本次研究可為建筑屋面被動(dòng)式植被模塊的隔熱機(jī)理分析及其相關(guān)的工程應(yīng)用提供一定的理論數(shù)據(jù)支持。

基金項(xiàng)目

廣東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（S2013010011674和S2013010013536）；中國(guó)博士后科學(xué)基金第六批特別資助項(xiàng)目（2013T60790）；中國(guó)博士后科學(xué)基金第52批面上資助項(xiàng)目（2012M521576）；廣東工業(yè)大學(xué)校博士啟動(dòng)基金（12ZK0380）；住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技項(xiàng)目（2011-k1-28）；亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目（2011KB22）；廣東省建筑節(jié)能與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（2011048）。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

王璋元（1986-），女，山東濰坊人，講師，博士（后），主要從事可持續(xù)能源技術(shù)研究。endprint