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綠化住區(qū)的室外氣溫預(yù)測(cè)模型研究

吳杰,張宇峰,麥錦博

(1.華南理工大學(xué),亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州510640;

2.廣西大學(xué),土木建筑工程學(xué)院,南寧530004)

 [摘要]集總參數(shù)模型是在初步方案階段指導(dǎo)住區(qū)規(guī)劃和設(shè)計(jì)、確保住區(qū)室外熱環(huán)境質(zhì)量的有效工具?紤]太陽(yáng)輻射散射的影響及住區(qū)熱時(shí)間常數(shù)的修正,本文提出改進(jìn)綠色CTTC模型。對(duì)廣州4綠化住區(qū)開展夏季室外熱環(huán)境測(cè)試,得到住區(qū)空氣溫濕度和風(fēng)速的逐時(shí)變化及氣象站參數(shù)。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析,確定濕熱地區(qū)常見樹種的樹木太陽(yáng)輻射遮擋率為0.8,發(fā)現(xiàn)樹木對(duì)流換熱率在0~0. 39之間隨時(shí)間呈二次多項(xiàng)式關(guān)系變化。通過(guò)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比,確認(rèn)在無(wú)強(qiáng)烈平流換熱情況下,改進(jìn)綠色CTTC模型性能較改進(jìn)前有顯著提高,模型預(yù)測(cè)的平均值誤差≤0.2℃,RMSE≤0.3℃,一致性指數(shù)≥0.98,可用于濕熱地區(qū)綠化住區(qū)的室外氣溫預(yù)測(cè)。

 [關(guān)鍵詞]綠化住區(qū);室外氣溫;CTTC模型;太陽(yáng)輻射遮擋率;對(duì)流換熱率

O  引言

 我國(guó)南方濕熱地區(qū)夏季炎熱濕潤(rùn),適合植物生長(zhǎng),綠化在城市住區(qū)的普及率較高。綠化,尤其樹木對(duì)住區(qū)室外氣溫的影響十分顯著。實(shí)現(xiàn)綠化住區(qū)室外氣溫的快速計(jì)算,是在初步方案階段指導(dǎo)住區(qū)規(guī)劃和設(shè)計(jì)、確保住區(qū)建成環(huán)境質(zhì)量的有效途徑。將住區(qū)視為整體、計(jì)算其平均狀態(tài)的集總參數(shù)法符合上述要求,城市冠層(能量平衡)模型和綠色CTTC模型是目前較為成熟的模型。

綠色CTTC模型由Shashua-Bar和Hoffm an提出,是在CTTC模型(cluster thermal time constant,CTTC)基礎(chǔ)上考慮樹木對(duì)氣溫的影響發(fā)展而來(lái)。CTTC模型假定住區(qū)室外空間空氣混合均勻、溫度均一,忽略住區(qū)外來(lái)氣流的影響(日均風(fēng)速<2 m/s),將室外氣溫視為集總參數(shù),認(rèn)為它是太陽(yáng)輻射溫升和長(zhǎng)波輻射溫降作用于背景溫度的結(jié)果。其中,太陽(yáng)輻射溫升由太陽(yáng)輻射熱擾經(jīng)由大地和建筑等非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程作用于氣溫,長(zhǎng)波輻射溫降由凈長(zhǎng)波輻射散熱作用于氣溫,背景溫度由中尺度氣象條件決定。綠色CTTC模型(以下簡(jiǎn)稱原模型)認(rèn)為,樹木一方面遮擋了地面的部分太陽(yáng)輻射,另一方面,被遮擋的輻射中又有一部分通過(guò)對(duì)流換熱的方式引起空氣溫升,具體公式見式(1)~式(5):

式中:△t。。,為太陽(yáng)輻射溫升,℃;△,。為地面吸收的太陽(yáng)輻射逐時(shí)變化量,Wl rr12;mc為地面的太陽(yáng)輻射吸收率;hc為地面的綜合換熱系數(shù),W/(m2.K);CTTC。為原模型的住區(qū)熱時(shí)間常數(shù),h;日和W分別為街谷的高度和寬度,m;A/為無(wú)遮擋時(shí)地面接收的太陽(yáng)直射輻射逐時(shí)變化量,W/m2;PSA。為建筑在地面形成的陰影率( partial shaded area,PSA);PSAr為樹木在地面形成的陰影率;f為樹木對(duì)太陽(yáng)直射輻射的遮擋率;C。為原模型的樹木對(duì)流換熱率;,為無(wú)遮擋時(shí)地面接收的太陽(yáng)直射輻射照度,W/m2;L。為樹木陰影中地面接收的太陽(yáng)直射輻射照度,W/m2;g。,為樹木的對(duì)流換熱量,W/m2。

目前,已有研究人員在中高緯度的干熱地區(qū)開展現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,驗(yàn)證了原模型的性能和精度,但在低緯度的濕熱地區(qū)尚未有研究開展。此外,現(xiàn)有模型未考慮樹木對(duì)太陽(yáng)散射輻射的影響,這會(huì)低估樹木的遮陽(yáng)效果和對(duì)流換熱溫升,基于此,并結(jié)合張宇峰和劉登倫對(duì)CTTC模型的改進(jìn)工作,本文提出改進(jìn)綠色CTTC模型(以下簡(jiǎn)稱改進(jìn)模型),具體如式(6)~式(12)。

式中:t。為住區(qū)室外氣溫,℃;t為背景溫度,℃;At,。為長(zhǎng)波輻射溫降,℃;Ac、Aw Ar為地面、墻面和樹冠投影面積,m2;mw為地面和墻面的太陽(yáng)輻射吸收系數(shù);CTTC為改進(jìn)模型的住區(qū)熱時(shí)間常數(shù),h;TCc、TCw為大地和外墻的熱時(shí)間常數(shù),h,本文分別取為8h和6 h;A/c、△,w分別為地面和墻面吸收的太陽(yáng)輻射逐時(shí)變化量,W/l:ri2;PSA。小PSA。,。為建筑在地面和墻面形成的陰影率;PSAT/G、PSAT/W為樹木在地面和墻面形成的陰影率;SVFc、SVFw、SVF,為地面、墻面和樹木的天空角系數(shù)(sky viewfactor.SVF);△/DH、△/dH為水平面太陽(yáng)直射輻射和散射輻射的逐時(shí)變化量,W/m2;△I。。、△I。。分別為垂直面太陽(yáng)直射輻射和散射輻射的逐時(shí)變化量.W/m2,C為改進(jìn)模型的樹木對(duì)流換熱率;,T為單位表面面積樹木接收的太陽(yáng)輻射照度,W/m2;A,。為樹冠接收太陽(yáng)直射輻射的有效表面面積,m2;,。。為法向太陽(yáng)直射輻射照度,W/m2;I。。為水平面太陽(yáng)散射輻射照度,W/m2;其余同前。

 改進(jìn)模型忽略樹木熱慣性的影響,取住區(qū)熱時(shí)間常數(shù)為大地和外墻熱時(shí)間常數(shù)的面積加權(quán)平均,同時(shí)考慮樹木對(duì)太陽(yáng)直射輻射和散射輻射的影響,視樹木的對(duì)流換熱量直接作用于住區(qū)空氣引起溫升。與原模型相比,改進(jìn)模型在計(jì)算太陽(yáng)輻射溫升項(xiàng)和長(zhǎng)波輻射溫降項(xiàng)時(shí),不僅統(tǒng)計(jì)地面的遮擋情況(PSAB,。、PSAT/C和SVFc),還增加了墻面遮擋情況(PSAB/W、PSAT/W和SVFw)的統(tǒng)計(jì)。另外,原模型和改進(jìn)模型均未考慮灌木、草地等綠化的作用。本文以我國(guó)濕熱地區(qū)的廣州為例,通過(guò)若干綠化住區(qū)的夏季測(cè)試,獲取改進(jìn)模型的關(guān)鍵參數(shù),檢驗(yàn)改進(jìn)模型在我國(guó)濕熱地區(qū)應(yīng)用的準(zhǔn)確性和適用性。

1  實(shí)驗(yàn)方法

1.1  測(cè)試住區(qū)和時(shí)間

測(cè)試選取廣州4個(gè)綠化住區(qū)進(jìn)行,分別為番禺區(qū)的住區(qū)A和B、天河區(qū)的住區(qū)C和荔灣區(qū)的住區(qū)D。它們均為廣州市典型住區(qū),住區(qū)內(nèi)種植有豐富喬木,綠化對(duì)室外熱環(huán)境的影響較大,符合改進(jìn)綠色CTTC模型的研究需要。與天文學(xué)四季劃分的標(biāo)準(zhǔn)不同,氣候?qū)W將1年分為72候,依據(jù)候均氣溫(連續(xù)Sd的平均氣溫)對(duì)四季進(jìn)行劃分,夏季始于首個(gè)候均氣溫高于22℃的日期,當(dāng)候均氣溫低于22℃時(shí)夏季結(jié)束進(jìn)入秋季。對(duì)2013年廣州郊區(qū)氣象站全年氣溫的分析可知,當(dāng)年廣州的夏季為4月16日~ 10月20日(22候—58候),住區(qū)測(cè)試具體時(shí)間見表1。住區(qū)測(cè)試在夏季進(jìn)行,其中住區(qū)A、B、D均連續(xù)測(cè)試24 h以上,住區(qū)C因陣雨原因測(cè)試持續(xù)15h。

 住區(qū)A(圖1a)呈規(guī)整行列式布局。建筑3層,高10 m,朝向南偏西5.7。,白色石灰粉刷外墻面,窗墻面積比24%。建筑前后間距12 m,左右間距6m。住區(qū)路面中間為紅磚人行道,兩旁鋪設(shè)草地和樹木。樹木多為南方常見樹種小葉榕,高10 m,樹冠直徑3m,樹間距3m。住區(qū)B(圖1b)也呈規(guī)整行列式布局,建筑與住區(qū)A-致,但主立面朝向?yàn)槟掀?6.7。。建筑前后間距18 m,左右間距10 m。路面情況與住區(qū)A相似。

 住區(qū)C(圖1c)呈行列式布局,中間有南北和東西兩條主要道路。建筑高90 m,正南朝向,淺色瓷磚外墻面,窗墻面積比40%。建筑前后間距12 m。道路由混凝土車行道和紅磚人行道組成,兩者面積比約為2:1。道路兩旁種植小葉榕,樹高5m,樹冠直徑2.5 m。住區(qū)D(圖1d)為南方常見的圍合式布局。建筑高90 m,正南朝向,淺色瓷磚外墻面,窗墻面積比40%。住區(qū)路面由混凝土和草地組成,住區(qū)內(nèi)種植有南方常見樹種,平均高度4m,樹冠直徑2—2.5 m。

表2為以上住區(qū)的形態(tài)和表面物性參數(shù)。其中,墻、地面的SVF考慮了樹木的影響,由AutodeskEcotect Analysis計(jì)算得到,墻、地面的太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)參考文獻(xiàn)[10]確定。由于住區(qū)C、D的建筑較高,需選取有效墻面高度計(jì)算墻面對(duì)住區(qū)氣溫的影響,本文取10 m、15 m和20 m 3個(gè)高度分別進(jìn)行計(jì)算。

 由表2可知,與住區(qū)C和D相比,住區(qū)A和B的建筑密度大,容積率小,喬木覆蓋率高。受住區(qū)建筑和樹木的綜合影響,住區(qū)B的地面SVF最大,其次為住區(qū)D和C,住區(qū)A最小,住區(qū)A、C、D的墻面SVF接近,而住區(qū)B較小。由于4個(gè)住區(qū)的下墊面材料基本一致,地面太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)相接近,而住區(qū)A、B的建筑墻面材料顏色較深,且窗墻面積比較小,墻面太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)較住區(qū)C和D大。住區(qū)C和D的改進(jìn)模型CTTC值較住區(qū)A和B大,這是由于住區(qū)C、D的地面面積比重較大的緣故。根據(jù)文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[11]計(jì)算樹木對(duì)流換熱率時(shí),原模型CTTC由根據(jù)住區(qū)A和B的測(cè)試結(jié)果計(jì)算得到,在預(yù)測(cè)住區(qū)溫度時(shí),住區(qū)C和D的CTTC。則采用式(2)計(jì)算。

1.2  測(cè)試方法

測(cè)試物理量為近地氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速和樹木的太陽(yáng)輻射遮擋率,測(cè)試儀器性能和采樣頻率見表3。測(cè)試當(dāng)天的逐時(shí)太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)取自廣州蘿崗氣象站。

測(cè)量近地參數(shù)時(shí),如圖2a所示,將風(fēng)速和溫濕度探頭用三腳架固定在距地1.5 m處,其中溫濕度探頭放置于直徑100 mm的不銹鋼筒內(nèi),筒外包裹鋁箔,筒內(nèi)放置小風(fēng)扇抽風(fēng),以避免測(cè)量結(jié)果受到太陽(yáng)輻射和筒自身得熱升溫的影響。樹木的太陽(yáng)輻射遮擋率通過(guò)同時(shí)測(cè)量樹蔭下和無(wú)遮擋地面的太陽(yáng)輻射照度獲得。測(cè)試在晴熱天氣進(jìn)行,根據(jù)魚眼鏡頭照片選擇9:00~15:00無(wú)建筑遮擋的樹蔭下進(jìn)行測(cè)試,將探頭放置于相應(yīng)測(cè)點(diǎn)并調(diào)整探頭至水平,待讀數(shù)穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)(圖2b)。

住區(qū)測(cè)點(diǎn)的布置情況如圖3所示。每個(gè)測(cè)點(diǎn)同時(shí)測(cè)試空氣溫濕度和風(fēng)速。考慮住區(qū)A、B布局規(guī)整,在住區(qū)的中間位置,選擇橫縱道路和交叉路口布置測(cè)點(diǎn)。選擇東西向道路作為住區(qū)C的主要測(cè)試區(qū)域,在3個(gè)道路斷面共布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)。住區(qū)D內(nèi)布置7個(gè)測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)分散在住區(qū)室外空間,涵蓋不同的地面鋪裝和建筑與樹木遮擋情況。

2  住區(qū)A、B測(cè)試結(jié)果與分析

2.1  測(cè)試結(jié)果

住區(qū)A、B測(cè)試當(dāng)天水平面太陽(yáng)總輻射照度最大780 W/m2,其中直射輻射425 W/m2,為廣州較典型的夏季晴熱天氣。采用氣象站提供的逐時(shí)水平面太陽(yáng)直散射輻射照度,先作垂直墻面分解,再根據(jù)各表面SVF、PSA和m,計(jì)算地、墻面吸收的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度見圖4。

 住區(qū)A各表面吸收的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度,日間最大值以東墻最大(9:00,290 W/rri2)(以墻面的外法線方向命名,與正東方向夾角小于正負(fù)10度,則定義為東墻,若夾角大于正負(fù)10度,偏北則定義為東北墻,以下同),其次為地面( 12:00,216 W/m2),南墻(12:00,179 Wlm2)和西墻(14:00,83 W/m2),北墻最小( 11:00,71 W/m2),住區(qū)A的東墻吸收太陽(yáng)輻射比西墻要多,是由于早上太陽(yáng)輻射比下午太陽(yáng)輻射要強(qiáng)烈。由于建筑朝向不同,住區(qū)B的排序有所差別,地面最大( 12:00,318 W/fl12),然后是東北墻(以墻面的外法線方向命名,即朝向東北方的墻面定義為東北墻,如此類推)(9:00,154 W/rri2),西南墻( 13:00,136 W/ffl2)和東南墻(12:00,92 W/ITI2),西北墻最小( 11:00,11 W/m2)。

住區(qū)A、B的測(cè)試結(jié)果見圖5。取住區(qū)內(nèi)所有測(cè)點(diǎn)空氣溫濕度和風(fēng)速的均值代表住區(qū)微氣候的總體情況,取住區(qū)附近無(wú)建筑和樹木遮擋點(diǎn)為氣溫參考點(diǎn),用于計(jì)算原模型對(duì)流換熱系數(shù)C。。住區(qū)A氣溫14:00最大,29.2℃,6:00最小,23.9 aC,全天平均26.3℃。濕度的變化與溫度相反,最大、最小和全天平均分別為75%、46%和60%。風(fēng)速日間較夜間大,全天皆小于1 m/s,平均0.3 m/s。住區(qū)B氣溫13:00最大,29.2℃,7:00最小,23.5aC,全天平均26.0℃,濕度最大、最小和全天平均分別為77%、47%和62%,風(fēng)速全天平均0.3 m/s。參考點(diǎn)氣溫14:00最大,30.0℃,0:00最小,23.4 aC,全天平均26.5℃。對(duì)比三者氣溫可知,日間由于建筑和樹木遮擋,住區(qū)A、B的氣溫比參考點(diǎn)低;夜間由于住區(qū)B的SVFc大于住區(qū)A,住區(qū)B的氣溫比住區(qū)A低,參考點(diǎn)雖然沒(méi)有建筑和樹木遮擋,SVFc較大,但由于靠近住區(qū)外圍,受來(lái)流風(fēng)氣溫影響,夜間氣溫與住區(qū)B相近。

2.2樹木對(duì)流換熱率

測(cè)試得到住區(qū)A和B的樹木太陽(yáng)輻射遮擋率平均值為0.8。先根據(jù)式(6)~式(9),計(jì)算地面和墻面引起的太陽(yáng)輻射溫升,代入式(5),根據(jù)測(cè)試結(jié)果反算得到樹木引起的太陽(yáng)輻射溫升,再根據(jù)式(10)和式(11)以及樹木太陽(yáng)輻射遮擋率,計(jì)算6:00。18:00溫升對(duì)應(yīng)的改進(jìn)模型的樹木對(duì)流換熱率C值;根據(jù)文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[11],計(jì)算原模型的9:00~ 18:00的樹木對(duì)流換熱率C。值,以上計(jì)算結(jié)果如圖6a所示。

 改進(jìn)模型計(jì)算住區(qū)A和B的樹木對(duì)流換熱率變化趨勢(shì)相似,都是在日出較小,上午逐漸增大,中午過(guò)后減小,在16:00突然變大,在日落時(shí)降為0。經(jīng)檢查,下午的突變是由于郊區(qū)氣象站觀測(cè)到的太陽(yáng)輻射照度突然減小引起。測(cè)試當(dāng)天為晴熱天氣,在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)未出現(xiàn)陰天和烏云遮擋,太陽(yáng)輻射照度應(yīng)平滑變化。故將突變情況視為郊區(qū)和住區(qū)的太陽(yáng)輻射情況不同所致,將其數(shù)值剔除。原模型計(jì)算住區(qū)A和B的樹木對(duì)流換熱率變化趨勢(shì)與改進(jìn)模型有所區(qū)別,全天基本均為逐漸減小的趨勢(shì)。

 通過(guò)擬合,得到樹木對(duì)流換熱率隨時(shí)間變化的結(jié)果,見圖6b。改進(jìn)模型的樹木對(duì)流換熱率C隨時(shí)間呈二次多項(xiàng)式關(guān)系變化,日出和日落時(shí)較低,12:00最大,Cmax=0.39。上述關(guān)系說(shuō)明,隨著太陽(yáng)輻射照度的增加,樹木通過(guò)對(duì)流方式散熱的比例逐漸增大,在中午時(shí)達(dá)到最大,為39 010。根據(jù)樹木的熱平衡關(guān)系,如忽略樹木蓄熱,樹木吸收的太陽(yáng)輻射熱量主要由對(duì)流和蒸騰兩種方式散出。中午樹木對(duì)流換熱率的增大,意味著樹木蒸騰換熱的減弱,這與以往的一些研究結(jié)果一致。

 原模型的樹木對(duì)流換熱率C。隨時(shí)間呈線性減小的關(guān)系,12:00時(shí)C。=0.64。根據(jù)樹木的熱平衡關(guān)系,全天樹木對(duì)流換熱率減少,意味著樹木蒸騰換熱的增加,這一趨勢(shì)與文獻(xiàn)[13 - 14]有所不同。此外,值得注意的是相同時(shí)刻C<C。,根據(jù)式(2)、式(10)可知,在計(jì)算喬木遮陽(yáng)作用時(shí),原模型會(huì)低估喬木的遮陽(yáng)降溫作用。

3  住區(qū)C、D測(cè)試結(jié)果與分析

3.1測(cè)試結(jié)果

住區(qū)C測(cè)試為陰天,水平面無(wú)太陽(yáng)直射輻射,散射輻射照度最大值為286 W/m2。住區(qū)D測(cè)試為晴熱天氣,水平面太陽(yáng)總輻射照度最大755 W/rr12,其中直射輻射419 W/m2。采用與住區(qū)A、B相同的方法,計(jì)算地、墻面吸收的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。有效高度的變化會(huì)改變墻面吸收太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的計(jì)算結(jié)果,但3個(gè)高度的結(jié)果相差不大,取15 m為例,結(jié)果如圖7所示。

 住區(qū)C主要為太陽(yáng)輻射散射,各表面吸收太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化趨勢(shì)一致,最大值均發(fā)生在14:00,從大到小分別為地面( 80 W/m2)、南墻a(住區(qū)南北墻各有兩部分,分別稱為a,b)( 39 W/m2)、南墻b(39 W/m2)、北墻a(32 W/rri2)和北墻b( 31  W/m2)。住區(qū)D的最大值以地面最大(11:00,351 W/m2),其次為東墻(10:00,179 W/m2)、西墻(16:00,118 W/ni2)、南墻(12:00,77 W/m2)、北墻最小(12:00,60 W/m2)。

取住區(qū)內(nèi)所有測(cè)點(diǎn)空氣溫濕度和風(fēng)速的均值代表住區(qū)微氣候的總體情況,結(jié)果如圖8所示。住區(qū)C氣溫在測(cè)試期間平均30.9℃.17:00最大,32.1℃,6:00最小,29.9℃。濕度變化與溫度相反,最大、最小和全天平均分別為66%、73%和79%。風(fēng)速在測(cè)試期間呈遞減趨勢(shì),最大1. 89 m/s,最小0. 54 m/s,全天平均1.20 m/s。住區(qū)D的氣溫12:00最大,36.2℃,4:00最小,28.8℃,全天平均31.4℃。濕度全天最大、最小和全天平均分別為51%,69%和84%。風(fēng)速在測(cè)試期間較大,在1~2.5 m/s之間變化,全天平均1.8 m/s。

3.2模型驗(yàn)證

采用本文提出的改進(jìn)模型和原模型,分別代人測(cè)得的已知參數(shù)和2.2節(jié)得到的樹木太陽(yáng)輻射遮擋率和對(duì)流換熱率,計(jì)算住區(qū)C、D的氣溫逐時(shí)變化如圖9所示,實(shí)測(cè)值也一同顯示。

 住區(qū)C的改進(jìn)模型和原模型計(jì)算值變化趨勢(shì)與實(shí)測(cè)值一致,溫度最大值均出現(xiàn)在17:00,且不同有效墻面高度的結(jié)果差別不大;將最大值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較,改進(jìn)模型相差0一-0.2℃,原始模型則相差-0.1~- 0.2℃;將平均值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較,改進(jìn)模型相差-0.1~-0.2 0C,原始模型相差-0.3aC。

 住區(qū)D的改進(jìn)模型和原模型計(jì)算值變化趨勢(shì)與實(shí)測(cè)值一致,最大值均出現(xiàn)在14:00,改進(jìn)模型與實(shí)測(cè)值相差-0.4~0.7℃,原始模型則相差1.2~1.5℃。兩模型的計(jì)算值在15:00之前與實(shí)測(cè)值相接近,但在15:00之后出現(xiàn)明顯差別。進(jìn)一步分析差別造成的原因可知,15:00之后風(fēng)速較大,主要為東風(fēng),可順暢穿行住區(qū),而住區(qū)東側(cè)為綠地和低密度住區(qū),氣溫較住區(qū)低,由此形成較為強(qiáng)烈的平流換熱,使得住區(qū)的氣溫在15:00之后與東部邊界快速趨于一致。改進(jìn)綠色CTTC模型目前尚未考慮平流換熱的影響,因此出現(xiàn)以上偏差。

采用住區(qū)C的測(cè)試數(shù)據(jù)和住區(qū)D 15:00前的測(cè)試數(shù)據(jù)驗(yàn)證本文提出的改進(jìn)綠色CTTC模型,結(jié)果如表4所示。

 對(duì)住區(qū)C而言,改進(jìn)模型在3種有效墻面高度下的預(yù)測(cè)性能接近,均優(yōu)于原模型,其平均值誤差≤0.2℃,均方根誤差( root-mean-square error,RMSE)≤0.3℃以內(nèi),一致性指數(shù)≥0. 98;對(duì)住區(qū)D而言,模型在20 m有效墻面高度下的預(yù)測(cè)性能最好,改進(jìn)模型明顯優(yōu)于原模型,其平均值誤差為0,1℃,RMSE為0.3℃,一致性指數(shù)為0.99。

 綜合兩住區(qū)的結(jié)果可知,在無(wú)強(qiáng)烈平流換熱情況下,改進(jìn)綠色CTTC模型可有效預(yù)測(cè)濕熱地區(qū)綠化住區(qū)的室外氣溫變化,實(shí)測(cè)驗(yàn)證顯示,模型預(yù)測(cè)的平均值誤差≤0.2℃,RMSE≤0.3℃,一致性指數(shù)≥0. 98,改進(jìn)模型的預(yù)測(cè)性能優(yōu)于原模型。

4  結(jié)論

 本文針對(duì)改進(jìn)綠色CTTC模型開展若干廣州綠化住區(qū)的夏季測(cè)試研究,得到的主要結(jié)論為:

 1)獲得了模型的關(guān)鍵參數(shù),即樹木太陽(yáng)輻射遮擋率和對(duì)流換熱率。對(duì)濕熱地區(qū)常見樹種而言,樹木太陽(yáng)輻射遮擋率為0.8,樹木對(duì)流換熱率在0~0. 39之間隨時(shí)間呈二次多項(xiàng)式關(guān)系變化。

 2)在無(wú)強(qiáng)烈平流換熱情況下,改進(jìn)綠色CTTC模型性能較改進(jìn)前有顯著提高,模型預(yù)測(cè)的平均值誤差≤0.2℃.RMSE≤0.3℃,一致性指數(shù)≥0.98,模型可用于濕熱地區(qū)綠化住區(qū)的室外氣溫預(yù)測(cè)。

 本文提出的模型,在可忽略平流換熱影響的情況下(如周邊為相似住區(qū)或室外風(fēng)速較低),可用于我國(guó)濕熱地區(qū)綠化住區(qū)的室外氣溫預(yù)測(cè)。模型計(jì)算僅需要少量規(guī)劃設(shè)計(jì)和氣象參數(shù)信息,便可快速預(yù)測(cè)不同方案形成的室外氣溫,在方案初期階段能夠?yàn)槭彝鉄岘h(huán)境設(shè)計(jì)提供有效指導(dǎo)。另外,本文提出的模型和思路,可為我國(guó)其他地區(qū)綠化住區(qū)的研究提供參考。

 包括本文提出的模型在內(nèi),現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外集總參數(shù)模型均不考慮平流換熱的影響,這對(duì)開發(fā)強(qiáng)度不均的城區(qū)和周邊緊鄰大片水體或綠地的住區(qū)會(huì)帶來(lái)較大誤差,今后需在平流換熱方面展開工作,以拓展模型的適用范圍。另外,本文的關(guān)鍵參數(shù)和模型驗(yàn)證在廣州開展,尚需在我國(guó)濕熱地區(qū)其他城市開展驗(yàn)證工作。

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