佛甲草屋面模块隔热性能研究

王璋元　杨晚生

摘 要 屋面蒸发冷却技术可减少屋面传热量，改善室内热环境，降低建筑能耗，具有良好的环境生态效益和节能经济效益。文章通过所研制的小型风洞实验装置对佛甲草模块的隔热性能进行了实验研究，为建筑屋面被动式蒸发冷却的隔热机理分析及工程应用提供了基本实验依据。

关键词 屋面模块；佛甲草；隔热性能；对比研究

中图分类号：TU57+6 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0048-02

植被屋面因其优越的改善室内热环境及城市生态性能，近年来在建筑中运用越来越广泛。德国是最早将植被屋面产业化的国家。20世纪20年代，植被屋面获得了德国政府的大力支持，并成立了专门负责研发、推广与普及的相关机构，这也是佛甲草等植物被首次应用到工程建筑的正式开端。但我国此方面的工作则相对开展较晚，严格意义上的应用最早应是广东佛山某动力联盟大楼，该大楼于2009年完工，总共包括了1800 m2的屋面绿化，佛甲草即为主用植物，再配合其他多种小乔木、灌木以及藤本植物等，可发挥较好降低太阳辐射强度与提升屋面隔热能力的效果，同时还形成了一种空中花园的格调，增添了人们游玩休憩的别致感受。

鉴于此，笔者在本文中，拟采用小型风洞装置进行实验环境参数的控制，并通过一定实验平台设计隔热模块，旨在对佛甲草模块的隔热性能展开研究。

1 实验方法及仪器

1.1 实验风洞

本研究中，风洞装置主要由两部分组成：①空气调节模拟实验台；②风洞。

空气调节模拟试验台设有调节风量大小的电压调压器；在设备内部配备有空气预热器与再热器等，可将空气加热升温，电加热器的电输入数值是可以被分别直接测量的，且同时还能将测量到的数值与被处理空气的热焓变化情况进行对比分析；而另一方面，还设计有可对空气进行降温与加湿的喷水室。

风洞由软接头、铝合金风道和风机组成。在风洞的中部设置有模拟太阳辐射的辐射灯，该灯的正下方即为测试段，测试模块即放置在这里。另于风洞的出口端安装有2台轴流风机，同时在风洞内部设置热电偶温度检测点，以此对风洞内部的空气温度变化情况进行监测。

1.2 模块构造

佛甲草是种植在轻型的种植土隔热模块撒谎能够的，而这些种植土模块所采用的材料通常包括有PVC模块板、土工布、蓄排水板以及轻质土等。模块板大小一般设计为60 cm×60 cm×10 cm，并在其底层铺设有一层厚度大概为2.5 cm的蓄排水板，土工布即覆盖于这些蓄排水板之上，再将6.5 cm的轻型种植土铺设于土工布的上面，单位模块的整体净重大概为10.09 kg。为进一步降低模块侧面与其底部的传热量，再采用5 mm厚的挤塑聚苯板对这些地方进行了包裹处理。模块的热电偶温度检测点共有10个，在轻质土表面、轻质土内部、土工布表面、模块板内以及外底面等处均有分布。

1.3 实验测试仪器及方法

风洞内及模块内部温度采集采用金艾联电子科技有限公司的JK-16U多路温度巡检仪，数据采集时间为1 h，测温范围-50℃～300℃，实验环境温度0℃～50℃。温度测点采用镍鉻-镍硅热电偶。

测量风洞内部空气湿度的仪器选用YD-HT2X808J型温湿度记录仪（银都科技有限公司生产），该仪器共装备有2个温湿度探头，分别测量进口和出口段距测试模块50 cm的相对湿度。

2 实验结果与分析

本文分别从模块内、外表面温度方面分析研究佛甲草模块的隔热性能。

2.1 环境参数分析

实验首先在无辐射条件下进行，研究佛甲草模块的隔热性能，入口段环境温度平均值为46.5℃，环境相对湿度平均值为38.8%，模块含湿量为30%。实验再在300 W/m2辐射条件下进行，入口段环境温度平均值为36.6℃，环境相对湿度平均值为50.4%，模块含湿量为30%。所得的环境温度和相对湿度实验数据见表1。

从上表可分析得出，在有无太阳辐射条件下，风洞入口段的相对温湿度基本保持恒定，满足实验要求。

2.2 模块内外表面温度

模块由上到下的温度水平是反应其隔热性能的最直观的指标参数，而其内、外表的最高温度则可反应出模块在热传递过程中的峰值水平。有无太阳辐射条件下模块内、外表面最高温度见表2。

分析上表连续五天的实测数据可得出，隔热模块在有无辐射的情况下均表现有非常相似的现象，总体来看，30%含湿量的佛甲草隔热模块具有相对更低的内外表面温度波动。

2.3 温度衰减特性分析

2.3.1 温度波幅

物体的温度会在很大程度受到周围环境的影响，同时物体的温度波幅具体是指：在特定的时间范围内其最高温度与平均温度的差。我们即可采用这样的温度波幅来指示隔热模块的稳定性能。在测试过程中，两种条件下测试模块的内外表面温度波幅的具体变化情况详见表3。

对上表中模块内外表面温度波幅进行分析，其结果如下。

1）无太阳辐射条件下，佛甲草隔热模块的内表面温度波幅变化最小，在0.5℃～0.8℃范围内变化，说明佛甲草隔热模块的隔热性能稳定。

2）有太阳辐射条件下，佛甲草隔热模块的内表面温度波幅在0.3℃～0.7℃之间，非常稳定。

2.3.2 温度峰谷差

温度波衰减性的评价一般通过考察对同一点的温度峰谷差来进行的，峰谷差具体为一天内最高与最低温度的差值，该数值即可反映出日平均温度的波动特性以及温度波的衰减特性。模块内外表面温度的峰谷差分别在有无太阳辐射条件下的具体变化情况详见表4。

有无太阳辐射条件下，隔热模块的内、外表面温度峰谷差分析如下。

1）在无太阳辐射条件下，模块内表面温度峰谷差最大值为1.2℃，最小值为0.8℃，平均峰谷差为1.0℃。

2）在有太阳辐射条件下，模块内表面温度峰谷差最大值为1.2℃，最小值为0.7℃，平均峰谷差为0.9℃。

3 结束语

本研究采用了小型风洞装置来对实验环境参数进行控制，并在该条件下建立相应的实验平台，同时设计隔热模块，以此对佛甲草模块的隔热性能进行研究。本次研究可为建筑屋面被动式植被模块的隔热机理分析及其相关的工程应用提供一定的理论数据支持。

基金项目

广东省自然科学基金面上项目（S2013010011674和S2013010013536）；中国博士后科学基金第六批特别资助项目（2013T60790）；中国博士后科学基金第52批面上资助项目（2012M521576）；广东工业大学校博士启动基金（12ZK0380）；住房和城乡建设部科技项目（2011-k1-28）；亚热带建筑科学国家重点实验室开放基金项目（2011KB22）；广东省建筑节能与应用技术重点实验室项目（2011048）。

参考文献

[1]孟庆林，李建成.广州城市气候资源与被动蒸发冷却技术的应用[J].热带地理，1998，18（2）：168-171.

[2]范影.被动冷却技术在我国建筑节能中的应用与展望[J].建筑热能通风空调，2005，24（5）：29-32.

[3]黄翔.蒸发冷却空调技术手册[M].北京：机械工业出版社，2009：6-7.

[4]查翔.城市景观之屋顶绿化[J].中外建筑，2006（02）：55-56.

[5]白润波.绿色建筑节能技术与实例[M].北京：化学工业出版社，2012：180-181.

作者简介

王璋元（1986-），女，山东潍坊人，讲师，博士（后），主要从事可持续能源技术研究。endprint

摘 要 屋面蒸发冷却技术可减少屋面传热量，改善室内热环境，降低建筑能耗，具有良好的环境生态效益和节能经济效益。文章通过所研制的小型风洞实验装置对佛甲草模块的隔热性能进行了实验研究，为建筑屋面被动式蒸发冷却的隔热机理分析及工程应用提供了基本实验依据。

关键词 屋面模块；佛甲草；隔热性能；对比研究

中图分类号：TU57+6 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0048-02

植被屋面因其优越的改善室内热环境及城市生态性能，近年来在建筑中运用越来越广泛。德国是最早将植被屋面产业化的国家。20世纪20年代，植被屋面获得了德国政府的大力支持，并成立了专门负责研发、推广与普及的相关机构，这也是佛甲草等植物被首次应用到工程建筑的正式开端。但我国此方面的工作则相对开展较晚，严格意义上的应用最早应是广东佛山某动力联盟大楼，该大楼于2009年完工，总共包括了1800 m2的屋面绿化，佛甲草即为主用植物，再配合其他多种小乔木、灌木以及藤本植物等，可发挥较好降低太阳辐射强度与提升屋面隔热能力的效果，同时还形成了一种空中花园的格调，增添了人们游玩休憩的别致感受。

鉴于此，笔者在本文中，拟采用小型风洞装置进行实验环境参数的控制，并通过一定实验平台设计隔热模块，旨在对佛甲草模块的隔热性能展开研究。

1 实验方法及仪器

1.1 实验风洞

本研究中，风洞装置主要由两部分组成：①空气调节模拟实验台；②风洞。

空气调节模拟试验台设有调节风量大小的电压调压器；在设备内部配备有空气预热器与再热器等，可将空气加热升温，电加热器的电输入数值是可以被分别直接测量的，且同时还能将测量到的数值与被处理空气的热焓变化情况进行对比分析；而另一方面，还设计有可对空气进行降温与加湿的喷水室。

风洞由软接头、铝合金风道和风机组成。在风洞的中部设置有模拟太阳辐射的辐射灯，该灯的正下方即为测试段，测试模块即放置在这里。另于风洞的出口端安装有2台轴流风机，同时在风洞内部设置热电偶温度检测点，以此对风洞内部的空气温度变化情况进行监测。

1.2 模块构造

佛甲草是种植在轻型的种植土隔热模块撒谎能够的，而这些种植土模块所采用的材料通常包括有PVC模块板、土工布、蓄排水板以及轻质土等。模块板大小一般设计为60 cm×60 cm×10 cm，并在其底层铺设有一层厚度大概为2.5 cm的蓄排水板，土工布即覆盖于这些蓄排水板之上，再将6.5 cm的轻型种植土铺设于土工布的上面，单位模块的整体净重大概为10.09 kg。为进一步降低模块侧面与其底部的传热量，再采用5 mm厚的挤塑聚苯板对这些地方进行了包裹处理。模块的热电偶温度检测点共有10个，在轻质土表面、轻质土内部、土工布表面、模块板内以及外底面等处均有分布。

1.3 实验测试仪器及方法

风洞内及模块内部温度采集采用金艾联电子科技有限公司的JK-16U多路温度巡检仪，数据采集时间为1 h，测温范围-50℃～300℃，实验环境温度0℃～50℃。温度测点采用镍鉻-镍硅热电偶。

测量风洞内部空气湿度的仪器选用YD-HT2X808J型温湿度记录仪（银都科技有限公司生产），该仪器共装备有2个温湿度探头，分别测量进口和出口段距测试模块50 cm的相对湿度。

2 实验结果与分析

本文分别从模块内、外表面温度方面分析研究佛甲草模块的隔热性能。

2.1 环境参数分析

实验首先在无辐射条件下进行，研究佛甲草模块的隔热性能，入口段环境温度平均值为46.5℃，环境相对湿度平均值为38.8%，模块含湿量为30%。实验再在300 W/m2辐射条件下进行，入口段环境温度平均值为36.6℃，环境相对湿度平均值为50.4%，模块含湿量为30%。所得的环境温度和相对湿度实验数据见表1。

从上表可分析得出，在有无太阳辐射条件下，风洞入口段的相对温湿度基本保持恒定，满足实验要求。

2.2 模块内外表面温度

模块由上到下的温度水平是反应其隔热性能的最直观的指标参数，而其内、外表的最高温度则可反应出模块在热传递过程中的峰值水平。有无太阳辐射条件下模块内、外表面最高温度见表2。

分析上表连续五天的实测数据可得出，隔热模块在有无辐射的情况下均表现有非常相似的现象，总体来看，30%含湿量的佛甲草隔热模块具有相对更低的内外表面温度波动。

2.3 温度衰减特性分析

2.3.1 温度波幅

物体的温度会在很大程度受到周围环境的影响，同时物体的温度波幅具体是指：在特定的时间范围内其最高温度与平均温度的差。我们即可采用这样的温度波幅来指示隔热模块的稳定性能。在测试过程中，两种条件下测试模块的内外表面温度波幅的具体变化情况详见表3。

对上表中模块内外表面温度波幅进行分析，其结果如下。

1）无太阳辐射条件下，佛甲草隔热模块的内表面温度波幅变化最小，在0.5℃～0.8℃范围内变化，说明佛甲草隔热模块的隔热性能稳定。

2）有太阳辐射条件下，佛甲草隔热模块的内表面温度波幅在0.3℃～0.7℃之间，非常稳定。

2.3.2 温度峰谷差

温度波衰减性的评价一般通过考察对同一点的温度峰谷差来进行的，峰谷差具体为一天内最高与最低温度的差值，该数值即可反映出日平均温度的波动特性以及温度波的衰减特性。模块内外表面温度的峰谷差分别在有无太阳辐射条件下的具体变化情况详见表4。

有无太阳辐射条件下，隔热模块的内、外表面温度峰谷差分析如下。

1）在无太阳辐射条件下，模块内表面温度峰谷差最大值为1.2℃，最小值为0.8℃，平均峰谷差为1.0℃。

2）在有太阳辐射条件下，模块内表面温度峰谷差最大值为1.2℃，最小值为0.7℃，平均峰谷差为0.9℃。

3 结束语

本研究采用了小型风洞装置来对实验环境参数进行控制，并在该条件下建立相应的实验平台，同时设计隔热模块，以此对佛甲草模块的隔热性能进行研究。本次研究可为建筑屋面被动式植被模块的隔热机理分析及其相关的工程应用提供一定的理论数据支持。

基金项目

广东省自然科学基金面上项目（S2013010011674和S2013010013536）；中国博士后科学基金第六批特别资助项目（2013T60790）；中国博士后科学基金第52批面上资助项目（2012M521576）；广东工业大学校博士启动基金（12ZK0380）；住房和城乡建设部科技项目（2011-k1-28）；亚热带建筑科学国家重点实验室开放基金项目（2011KB22）；广东省建筑节能与应用技术重点实验室项目（2011048）。

参考文献

[1]孟庆林，李建成.广州城市气候资源与被动蒸发冷却技术的应用[J].热带地理，1998，18（2）：168-171.

[2]范影.被动冷却技术在我国建筑节能中的应用与展望[J].建筑热能通风空调，2005，24（5）：29-32.

[3]黄翔.蒸发冷却空调技术手册[M].北京：机械工业出版社，2009：6-7.

[4]查翔.城市景观之屋顶绿化[J].中外建筑，2006（02）：55-56.

[5]白润波.绿色建筑节能技术与实例[M].北京：化学工业出版社，2012：180-181.

作者简介

王璋元（1986-），女，山东潍坊人，讲师，博士（后），主要从事可持续能源技术研究。endprint

摘 要 屋面蒸发冷却技术可减少屋面传热量，改善室内热环境，降低建筑能耗，具有良好的环境生态效益和节能经济效益。文章通过所研制的小型风洞实验装置对佛甲草模块的隔热性能进行了实验研究，为建筑屋面被动式蒸发冷却的隔热机理分析及工程应用提供了基本实验依据。

关键词 屋面模块；佛甲草；隔热性能；对比研究

中图分类号：TU57+6 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0048-02

植被屋面因其优越的改善室内热环境及城市生态性能，近年来在建筑中运用越来越广泛。德国是最早将植被屋面产业化的国家。20世纪20年代，植被屋面获得了德国政府的大力支持，并成立了专门负责研发、推广与普及的相关机构，这也是佛甲草等植物被首次应用到工程建筑的正式开端。但我国此方面的工作则相对开展较晚，严格意义上的应用最早应是广东佛山某动力联盟大楼，该大楼于2009年完工，总共包括了1800 m2的屋面绿化，佛甲草即为主用植物，再配合其他多种小乔木、灌木以及藤本植物等，可发挥较好降低太阳辐射强度与提升屋面隔热能力的效果，同时还形成了一种空中花园的格调，增添了人们游玩休憩的别致感受。

鉴于此，笔者在本文中，拟采用小型风洞装置进行实验环境参数的控制，并通过一定实验平台设计隔热模块，旨在对佛甲草模块的隔热性能展开研究。

1 实验方法及仪器

1.1 实验风洞

本研究中，风洞装置主要由两部分组成：①空气调节模拟实验台；②风洞。

空气调节模拟试验台设有调节风量大小的电压调压器；在设备内部配备有空气预热器与再热器等，可将空气加热升温，电加热器的电输入数值是可以被分别直接测量的，且同时还能将测量到的数值与被处理空气的热焓变化情况进行对比分析；而另一方面，还设计有可对空气进行降温与加湿的喷水室。

风洞由软接头、铝合金风道和风机组成。在风洞的中部设置有模拟太阳辐射的辐射灯，该灯的正下方即为测试段，测试模块即放置在这里。另于风洞的出口端安装有2台轴流风机，同时在风洞内部设置热电偶温度检测点，以此对风洞内部的空气温度变化情况进行监测。

1.2 模块构造

佛甲草是种植在轻型的种植土隔热模块撒谎能够的，而这些种植土模块所采用的材料通常包括有PVC模块板、土工布、蓄排水板以及轻质土等。模块板大小一般设计为60 cm×60 cm×10 cm，并在其底层铺设有一层厚度大概为2.5 cm的蓄排水板，土工布即覆盖于这些蓄排水板之上，再将6.5 cm的轻型种植土铺设于土工布的上面，单位模块的整体净重大概为10.09 kg。为进一步降低模块侧面与其底部的传热量，再采用5 mm厚的挤塑聚苯板对这些地方进行了包裹处理。模块的热电偶温度检测点共有10个，在轻质土表面、轻质土内部、土工布表面、模块板内以及外底面等处均有分布。

1.3 实验测试仪器及方法

风洞内及模块内部温度采集采用金艾联电子科技有限公司的JK-16U多路温度巡检仪，数据采集时间为1 h，测温范围-50℃～300℃，实验环境温度0℃～50℃。温度测点采用镍鉻-镍硅热电偶。

测量风洞内部空气湿度的仪器选用YD-HT2X808J型温湿度记录仪（银都科技有限公司生产），该仪器共装备有2个温湿度探头，分别测量进口和出口段距测试模块50 cm的相对湿度。

2 实验结果与分析

本文分别从模块内、外表面温度方面分析研究佛甲草模块的隔热性能。

2.1 环境参数分析

实验首先在无辐射条件下进行，研究佛甲草模块的隔热性能，入口段环境温度平均值为46.5℃，环境相对湿度平均值为38.8%，模块含湿量为30%。实验再在300 W/m2辐射条件下进行，入口段环境温度平均值为36.6℃，环境相对湿度平均值为50.4%，模块含湿量为30%。所得的环境温度和相对湿度实验数据见表1。

从上表可分析得出，在有无太阳辐射条件下，风洞入口段的相对温湿度基本保持恒定，满足实验要求。

2.2 模块内外表面温度

模块由上到下的温度水平是反应其隔热性能的最直观的指标参数，而其内、外表的最高温度则可反应出模块在热传递过程中的峰值水平。有无太阳辐射条件下模块内、外表面最高温度见表2。

分析上表连续五天的实测数据可得出，隔热模块在有无辐射的情况下均表现有非常相似的现象，总体来看，30%含湿量的佛甲草隔热模块具有相对更低的内外表面温度波动。

2.3 温度衰减特性分析

2.3.1 温度波幅

物体的温度会在很大程度受到周围环境的影响，同时物体的温度波幅具体是指：在特定的时间范围内其最高温度与平均温度的差。我们即可采用这样的温度波幅来指示隔热模块的稳定性能。在测试过程中，两种条件下测试模块的内外表面温度波幅的具体变化情况详见表3。

对上表中模块内外表面温度波幅进行分析，其结果如下。

1）无太阳辐射条件下，佛甲草隔热模块的内表面温度波幅变化最小，在0.5℃～0.8℃范围内变化，说明佛甲草隔热模块的隔热性能稳定。

2）有太阳辐射条件下，佛甲草隔热模块的内表面温度波幅在0.3℃～0.7℃之间，非常稳定。

2.3.2 温度峰谷差

温度波衰减性的评价一般通过考察对同一点的温度峰谷差来进行的，峰谷差具体为一天内最高与最低温度的差值，该数值即可反映出日平均温度的波动特性以及温度波的衰减特性。模块内外表面温度的峰谷差分别在有无太阳辐射条件下的具体变化情况详见表4。

有无太阳辐射条件下，隔热模块的内、外表面温度峰谷差分析如下。

1）在无太阳辐射条件下，模块内表面温度峰谷差最大值为1.2℃，最小值为0.8℃，平均峰谷差为1.0℃。

2）在有太阳辐射条件下，模块内表面温度峰谷差最大值为1.2℃，最小值为0.7℃，平均峰谷差为0.9℃。

3 结束语

本研究采用了小型风洞装置来对实验环境参数进行控制，并在该条件下建立相应的实验平台，同时设计隔热模块，以此对佛甲草模块的隔热性能进行研究。本次研究可为建筑屋面被动式植被模块的隔热机理分析及其相关的工程应用提供一定的理论数据支持。

基金项目

广东省自然科学基金面上项目（S2013010011674和S2013010013536）；中国博士后科学基金第六批特别资助项目（2013T60790）；中国博士后科学基金第52批面上资助项目（2012M521576）；广东工业大学校博士启动基金（12ZK0380）；住房和城乡建设部科技项目（2011-k1-28）；亚热带建筑科学国家重点实验室开放基金项目（2011KB22）；广东省建筑节能与应用技术重点实验室项目（2011048）。

参考文献

[1]孟庆林，李建成.广州城市气候资源与被动蒸发冷却技术的应用[J].热带地理，1998，18（2）：168-171.

[2]范影.被动冷却技术在我国建筑节能中的应用与展望[J].建筑热能通风空调，2005，24（5）：29-32.

[3]黄翔.蒸发冷却空调技术手册[M].北京：机械工业出版社，2009：6-7.

[4]查翔.城市景观之屋顶绿化[J].中外建筑，2006（02）：55-56.

[5]白润波.绿色建筑节能技术与实例[M].北京：化学工业出版社，2012：180-181.

作者简介

王璋元（1986-），女，山东潍坊人，讲师，博士（后），主要从事可持续能源技术研究。endprint