蒸发冷却屋面冷负荷衰减特性研究

Mounting and Maintenance-friendly water-retain bricks are suitable for energy-saving reconstruction of existing building roof. The water evaporative cooling roof can improve the indoor thermal environment, the urban heat island effect, and dry island effect. Confined space free surface evaporation is affected by the intensity of solar radiation, shading rate, wind speed, air temperature, relative humidity and other factors. To simulate and research the impact factor of heat and moisture migration during cooling mechanism under certain boundary conditions and in the process of roof brick water evaporation, to establish evaporation boundary layer model and determine the affecting weight of each factor. Build quantitative roof brick thermal resistance indicators, based on which to form a prediction model of attenuation (delay) caused by evaporative cooling load. Measure thermal resistance of various roof bricks under controlled experimental conditions, optimize roof brick structure. Measure and analyze the roof cooling load attenuation characteristics; and analyze the evaporative cooling roof's climate adaptation. This simulation and research involved in this paper will provide a theoretical basis for energy-saving renovation of existing buildings and the improvement of the urban thermal environment for cities.

铺装和管理方便的蓄水屋面砖适合用于既有建筑屋面节能改造。蓄水蒸发冷却屋面不但能够改善顶层居民的室内热环境还能改善城市热岛效应和干岛效应。受限空间自由水面蒸发受到太阳辐射强度、遮阳率、风速、气温、空气相对湿度等因子的影响。模拟研究影响因子在一定的边界条件下蓄水屋面砖蒸发冷却过程中热湿迁移机理，建立蒸发边界层模型，并确定影响因子的影响权重。建立量化屋面砖的热阻值的指标，提炼基于蒸发冷却引起的负荷衰减（延迟）的预测模型。在受控实验条件下实测各种屋面砖的热阻值，优化屋面砖结构。实测分析屋面冷负荷衰减特性，并模拟分析蒸发冷却屋面的气候适应性。为城市既有建筑节能改造和改善城市热湿环境提供理论依据。

随着城市化建设进程加快，城市空气环境质量问题越来越突出。我国冬季大部分城市出现了雾霾天气，已经严重影响了人民的生活质量和身体健康；夏季城市热岛效应和干岛效应明显加重，城市宜居性越来越差。同时，既有建筑顶层房间热环境差，急需对屋面进行节能改造。为了缓解这些问题，本课题通过理论计算和反复试验提出一种双层蓄水屋面砖的结构，用轻质材料陶粒作为骨料的混凝土制作，水空间属于受限空间水自由蒸发，通过数值分析发现蒸发边界层的推移，反映了蒸发的强弱；并对铺设了蓄水屋面砖的屋面保温隔热性能进行实测研究。受限空间水面自由蒸发时，蒸发势能与蒸发边界层内的蒸发势能正相关，当蒸发边界层厚度较小时，蒸发势能最大，蒸发潜力最大。通过实测发现：夏季最佳水深为8cm；冬季蓄水深度不超过8cm为宜，为防止结冰，可以不蓄水。针对蓄水屋面的隔热效果，分为夏季和冬季两个季节进行试验研究。选取未铺砖的屋面为对比屋面，同时还与传统架空屋面保温隔热性能进行对比。监测蓄水屋面的水温、砖底温度、屋面表面温度、内顶温度等；同时监测对比屋面和通风屋面的表面温度、内顶温度和室内温度；选取连续晴天、阴天、小雨天气的中间天进行分析。监测数据显示：夏季连续晴天的工况下，蓄水屋面的隔热性能最好、通风屋面的隔热性能次之，对比屋面的隔热能性能最差，受气象条件的影响，对比屋面的响应速度最快，蓄水屋面的响应最慢，随着气象条件变化的幅度最小。阴天和小雨天气工况下，屋面温度变化相差很小，说明屋面的温度变化主要受到太阳辐射的影响。阴雨天气温不高的情况下，蓄水屋面并没有显著的有点，因此过渡季节的三种屋面的隔热性能差别不大。冬季可以采取不蓄水的方式，利用空气间层隔热；或者采取白天敞开水面，尽可能多的吸收太阳辐射，夜间加盖，减少太空冷辐射引起的热损失，提高保温性能。