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城市热岛效应分析及其对建筑空调采暖能耗影响的研究

田喆  
【摘要】:本文围绕天津市热岛效应这一主线,将研究工作分成三大部分: 第一,通过在天津市南开区布置9个空气温度监测点,采集不同下垫面的空气温度数据,并据此分析了空气温度与其人为影响因素之间的相关关系,得出了影响测点空气温度单个因素的最相关半径和多个因素综合最相关半径。认为测点处的全天和白天平均空气温度与其300米范围内的人为影响因素相关性高,而夜晚平均空气温度则与其250米范围内的人为影响因素相关性最高; 第二,根据T.R.Oke的城市能量平衡原理和Monin-Obukhov大气近地层相似性理论,建立了城市空气温度计算模型,编制了城市逐时空气温度计算模拟程序。对天津市西青气象站、天津市二中、天津市第二南开中学和天津市第八中学四个测点的空气温度进行模拟计算,将结果与实际观测数据进行对比分析,验证了计算模型的可信性。之后,运用该模拟程序,对可能影响空气温度的五个因素进行正交实验分析。模拟计算结果的方差分析显示:蒸发率对城市空气温度的影响最为显著,对日平均、白天平均、夜晚平均气温的影响均属于高度显著;反射率对于夜晚气温的影响趋于不显著,白天反射率作用比较明显,对日平均气温反射率作用高度显著;白天地表粗糙度的作用明显,夜晚粗糙度的作用减小;蓄热系数对于日平均气温而言,作用不明显,但夜晚蓄热系数的作用明显显现;人为排热是影响气温的直接因素,其在不同时段下均将对气温产生较显著影响。 第三,为长期监测天津市热岛效应,以天津市和平区为中心发散状布置了多个空气温度监测点。通过对各监测点收集的2003-2004年空气温度数据进行分析处理,获得了天津市冬夏季热岛强度分布规律和特点。根据我国当前的建筑规范设计了办公、住宅建筑模型,利用观测点的实测温度数据,对所建立的模型建筑的空调采暖能耗进行了动态模拟计算,得出了天津市热岛强度对办公、住宅类建筑空调、采暖能耗及全年能耗的影响趋势和大小。对天津市中心城区而言,由于热岛现象,办公建筑空调能耗增加率为17.5%/℃;住宅建筑空调能耗增加率为10.2%/℃。办公建筑采暖能耗减少率为6.22%/℃;住宅建筑采暖能耗减少率为4.31%/℃。对于建筑全年能耗来说,热岛效应增加了办公建筑的全年能耗,对住宅建筑有减少的趋势,但影响并不明显。


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