湿热地区城市多孔铺装材料动态蒸发量数学模型研究

In China's hot and humid areas, there are complete meteorological elements for evaporation cooling. During the evaporation process, scientific assessing the dynamic evaporation amount is a key issue of the evaporation cooling technology. Due to the comprehensive influence of the outdoor meteorological elements and physical properties of materials on the evaporation amount of urban porous pavement materials, the calculation of evaporation amount is very complicated. The experimental study in a specific environment and empirical or semi-empirical analytical method are difficult to describe the physical nature of this process. Realizing the reproducibility of climate environment and establishing a reasonable mathematical model is the fundamental way to accurately evaluate the dynamic evaporation of urban porous pavement materials. In this project, the following research contents will be carried out. 1) study on the influence factors of urban porous pavement materials' dynamic evaporation process; 2) research on the mathematical model of urban porous materials' dynamic evaporation amount; 3) research on the influences of urban porous materials' evaporation process on thermal environment. This project is helpful to establish the mathematical model and experimental method to assess the urban porous pavement materials' dynamic evaporation amount, the results have important scientific significance and broad application prospects for reducing the urban heat island effect and improving the urban thermal environment.

我国湿热地区具有完整的进行蒸发降温的气象要素。在蒸发过程中，科学的评估动态蒸发量是蒸发降温技术的关键问题。 由于城市多孔铺装材料的动态蒸发量受室外气象要素和材料物理性质等因素的耦合影响，其计算过程十分复杂。某一特定气候环境的实验研究与经验半经验的解析方法难以描述这一过程的物理本质。实现气候环境的可复现性以及建立合理的数学模型是准确评价城市多孔铺装材料动态蒸发量的根本出路。 为此，本项目开展以下研究：（1）城市多孔铺装材料动态蒸发过程影响因子研究；（2）城市多孔铺装材料动态蒸发量数学模型研究；（3）城市多孔铺装材料蒸发过程对热环境影响研究。通过上述研究，建立城市多孔铺装材料动态蒸发量的数学模型和实验方法，为城市热环境评价提供动态计算参数和标准测试方法。其成果对于降低城市热岛效应，改善城市热环境质量具有重要的科学意义和广阔的应用前景。

我国近几十年的城市化，大量非自然，不透水下垫面逐渐改变了区域微气候和城市气候，居民生存环境质量下降。多孔透水材料相较于非透水硬化材料，除了可以缓解雨水径流，还具有蒸发降温，降低城市热岛等生态效应，是改善微气候和城市热环境，营造绿色社区与城市的重要内容。. 天然降雨或人工淋水后，水分逐渐迁移至多孔材料表面，对周围环境形成冷却效果。蒸发过程中多孔材料单位面积的逐时蒸发量决定了其蒸发降温能力。尽管多孔材料蒸发现象的物理机制已经清楚，但材料属性和气候参数对其吸水和蒸发过程的作用机制依然模糊，从而无法科学评估其对热环境的影响规律。因此，研究城市多孔铺装材料动态蒸发量模型，对准确描述表面热量传递过程，科学评价材料蒸发降温能力具有重要的科学意义。. 本项目共开展了以下工作：（1）多孔铺地材料逐时蒸发量和气候参数相关性的实验研究，得到逐时蒸发量与辐射、空气温度、风速呈正相关，与相对湿度呈负相关，且相关性排序为：辐射>相对湿度>空气温度>风速。（2）增加和优化热湿气候风洞实验台的动态补水集水系统，实现天然降水或人工淋水工况模拟，完善实验台室外环境全参数的动态复现功能。（3）通过夏季典型日的水面蒸发风洞实验，建立了逐时大气蒸发力PM和PM-M实验模型。（4）通过多孔铺地材料风洞实验，建立了以大气蒸发力，材料特性参数为变量的双曲正切实验模型和单分子实验模型，探索了模型系数的相关关系。（5）建立了DUTE计算模型，得到多孔铺地材料对平均热岛强度的影响因素主要是渗透地面面积比率和材料平均蒸发量。（6）将平均蒸发量代入DUTE模型，得到多孔渗透地面对区域平均热岛强度的影响值为0.2℃~0.4℃，渗透地面比率与热岛强度的变化规律为一次负线性函数。. 项目相关研究成果“下垫面材料雨水渗透与蒸发量”，已被国家行业标准《城市居住区热环境设计标准》（JGJ286-2013）列为强制性条文，将为年新增约26亿m2 的城市下垫面，提供其蒸发指标和检测方法，成果应用前景十分广阔。.