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摘 要 屋面蒸发制冷的技术可以让屋面传递的热量降低，进而改善屋里的热环境，减少消耗的建筑能量，在生态环境的改善以及能源节约方面都有很好的效果。笔者借助研制的小型风洞实验装置，分别对佛甲草跟轻型种植土模块的隔热性能做了研究，希望能给建筑屋面被动式蒸发制冷的隔热原理和工程应用提供数据和理论支撑。
关键词 屋面模块；佛甲草；轻型种植土；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）05-0057-02
建筑的蒸发制冷技术就是建筑表层含有的水分在自然的情况下产生蒸发，然后从建筑物里面吸收热量，最后达到建筑冷却的效果。根据应用方式此技术可以分为多种屋面，如蓄水屋面、植被屋面等。其中，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。本文通过在小型风洞装置控制实验的环境参数下，建立实验平台并设计模块，研究佛甲草模块的隔热特性，并与轻型种植土模块进行对比分析。
1 实验方法跟仪器
1.1 风洞装置实验
本文中的风洞装置由两部分构成：空气调节模拟实验台和风洞。
空气调节模拟试验台通过对空气进行温湿度调整，直至达到需要的实验标准。此装置还配备有电压调节器，以此来对风量进行调控；空气预热器和再热器，用来对空气进行温度控制；喷水室，用来对空气进行降温及湿度处理。
风洞由软接头、铝合金风道和风机组成。在风洞中间位置设置太阳辐射模拟灯，其正下方处放置测试模块（即佛甲草或轻型种植土模块）。在风洞装置的出口处配有轴流风机两台。在风洞装置的里面也配有热电偶温度测点，以便对风洞装置里面空气温度的变化进行观测。
1.2 测试模块
轻型种植土模块尺寸为60 cm×60 cm×10 cm，在其底部有高度为2.5 cm左右的覆盖有土工布的蓄排水板。土工布上面还有轻型种植土，厚度为6.5 cm左右。整个干模块的重量为10.09 kg。模块侧面及底部采用5 mm厚挤塑聚苯板，以减少热损失。
佛甲草模块是在轻型种植土模块基础上种植佛甲草，其构造和材料与轻型种植土模块一致。
1.3 实验测试仪器及方法
风洞内及模块内部温度变化情况的收集使用的是金艾联电子科技有限公司的JK-16U多路温度巡检仪，温度变化情况的收集时间为1个小时。温度测点使用的是镍铬-镍硅热电偶。风洞装置里面空气湿度的测量使用的是银都科技有限公司生产的YD-HT2X808J型温湿度记录仪。
2 实验结果及分析
实验主要就模块内表层温度、外表层温度、温度降低的特点三个方面进行对比，研究佛甲草（FM）跟轻型种植土（QM）两者的隔热性能情况。
2.1 环境参数分析
实验首先在无太阳辐射条件下研究轻型种植土与佛甲草模块的隔热性能。入口段环境温度平均值为46.5℃，相对湿度平均值为38.8%，模块初始含湿量为30%。实验接着在300 W/m2太阳辐射情况下开展，入口处的平均环境温度为36.6℃，平均湿度为50.4%，含湿量为30%。所得的环境温度和相对湿度实验数据见表1。
从表分析得出，在有无太阳辐射条件下，两模块入口段五天实测的环境温度和相对湿度基本保持恒定，满足实验要求。
2.2 模块内外表面温度
模块内、外表层的温度高低可以分析出模块在传热时的峰值情况。有太阳辐射和没有太阳辐射的情况下模块内表层跟外表层温度情况如表2。
分析表中连续5天的实测数据可得出：
1）无太阳辐射条件下，QM内表面最高温度的波动在29.8℃-30.9℃之间；FM内表面最高温度的波动在28.9℃-30.2℃之间。两模块内表面最高温度的最大差值达1.7℃。QM外表面最高温度的波动在31.5℃-33.7℃之间；FM外表面最高温度的波动较小，在30.1℃-31.2℃之间。两模块外表面最高温度的最大差值达3℃。
2）有太阳辐射条件下，QM内表层的温度在32.1℃-33.3℃之间浮动；FM内表层的温度在30.8℃-31.6℃之间浮动。QM外表面最高温度的波动在50.4℃-54.6℃之间变化；FM外表面最高温度的波动小，在47.6℃-50.8℃之间。
通过以上实验结果得出：不管是在有辐射的情况下还是没有辐射的情况下，隔热模块内表层跟外表层的温度浮动范围相似。也就是说，含湿量同样为30%的情况下，佛甲草模块跟轻型种植土模块内外表层的温度浮动相比要小一些。
2.3 温度降低的特征分析
2.3.1 温度波动幅度
温度的波动幅度可以显现模块的稳定性。测试期间，模块内外表面温度波幅变化情况见表3。
对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，FM的内表面温度波幅变化小，在0.5℃-0.8℃范围内浮动，表示佛甲草模块的隔热性能要相对稳定一些；QM内表层温度波动幅度基本上在0.7℃-1.3℃。所以，佛甲草模块跟轻型种植土模块相比，如果是具有一样的含湿量，前者内表层温度的波动幅度要相对小一些。
2）有太阳辐射条件下，FM的内表面温度波幅在0.3℃-0.7℃之间，非常稳定；QM的内表面温度波幅在0.7℃-1.2℃之间。相对较稳定辐射条件下，FM的内表面温度波幅变化明显小于QM。
2.3.2 温度峰谷差
有无太阳辐射条件下，模块的内、外表面温度峰谷差变化情况见表4。
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，FM内表面温度峰谷差最大值为1.2℃，最小值为0.8℃；QM内表面温度的平均峰谷差为1.3℃，最大值为1.6℃，最小值为1.0℃。FM的外表面温度平均峰谷差为0.9℃，QM外表面温度平均峰谷差为1.5℃。
2）在有太阳辐射条件下，FM内表面温度峰谷差最大值为1.2℃，最小值为0.7℃；模块QM内表面温度的平均峰谷差为1.3℃，最大值为1.6℃，最小值为1.0℃。FM的外表面温度平均峰谷差1.4℃，QM外表面温度平均峰谷差为2.3℃。
综上所述，佛甲草模块跟轻型种植土模块两者如果是一样的含湿量，前者的温度峰谷差相对较小，也就是说佛甲草模块的隔热性能和热稳定性要强一些。
3 结束语
本文通过在小型风洞装置控制实验的环境参数下，建立实验平台并设计模块，研究佛甲草模块和轻型种植土模块的隔热性能，并进行对比分析。此次实验给建筑屋面被动式植被模块的隔热原理剖析和工程的实际应用提供了数据和理论支撑。
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]夏佳元.佛甲草在屋顶绿化建设中的应用效果初探[J].湖南林业科技，2007（03）.
作者简介
通讯作者：王璋元（1986-），女，山东省潍坊市人，博士（后）、讲师，主要从事可持续能源技术研究。
关键词 屋面模块；佛甲草；轻型种植土；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）05-0057-02
建筑的蒸发制冷技术就是建筑表层含有的水分在自然的情况下产生蒸发，然后从建筑物里面吸收热量，最后达到建筑冷却的效果。根据应用方式此技术可以分为多种屋面，如蓄水屋面、植被屋面等。其中，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。本文通过在小型风洞装置控制实验的环境参数下，建立实验平台并设计模块，研究佛甲草模块的隔热特性，并与轻型种植土模块进行对比分析。
1 实验方法跟仪器
1.1 风洞装置实验
本文中的风洞装置由两部分构成：空气调节模拟实验台和风洞。
空气调节模拟试验台通过对空气进行温湿度调整，直至达到需要的实验标准。此装置还配备有电压调节器，以此来对风量进行调控；空气预热器和再热器，用来对空气进行温度控制；喷水室，用来对空气进行降温及湿度处理。
风洞由软接头、铝合金风道和风机组成。在风洞中间位置设置太阳辐射模拟灯，其正下方处放置测试模块（即佛甲草或轻型种植土模块）。在风洞装置的出口处配有轴流风机两台。在风洞装置的里面也配有热电偶温度测点，以便对风洞装置里面空气温度的变化进行观测。
1.2 测试模块
轻型种植土模块尺寸为60 cm×60 cm×10 cm，在其底部有高度为2.5 cm左右的覆盖有土工布的蓄排水板。土工布上面还有轻型种植土，厚度为6.5 cm左右。整个干模块的重量为10.09 kg。模块侧面及底部采用5 mm厚挤塑聚苯板，以减少热损失。
佛甲草模块是在轻型种植土模块基础上种植佛甲草，其构造和材料与轻型种植土模块一致。
1.3 实验测试仪器及方法
风洞内及模块内部温度变化情况的收集使用的是金艾联电子科技有限公司的JK-16U多路温度巡检仪，温度变化情况的收集时间为1个小时。温度测点使用的是镍铬-镍硅热电偶。风洞装置里面空气湿度的测量使用的是银都科技有限公司生产的YD-HT2X808J型温湿度记录仪。
2 实验结果及分析
实验主要就模块内表层温度、外表层温度、温度降低的特点三个方面进行对比，研究佛甲草（FM）跟轻型种植土（QM）两者的隔热性能情况。
2.1 环境参数分析
实验首先在无太阳辐射条件下研究轻型种植土与佛甲草模块的隔热性能。入口段环境温度平均值为46.5℃，相对湿度平均值为38.8%，模块初始含湿量为30%。实验接着在300 W/m2太阳辐射情况下开展，入口处的平均环境温度为36.6℃，平均湿度为50.4%，含湿量为30%。所得的环境温度和相对湿度实验数据见表1。
从表分析得出，在有无太阳辐射条件下，两模块入口段五天实测的环境温度和相对湿度基本保持恒定，满足实验要求。
2.2 模块内外表面温度
模块内、外表层的温度高低可以分析出模块在传热时的峰值情况。有太阳辐射和没有太阳辐射的情况下模块内表层跟外表层温度情况如表2。
分析表中连续5天的实测数据可得出：
1）无太阳辐射条件下，QM内表面最高温度的波动在29.8℃-30.9℃之间；FM内表面最高温度的波动在28.9℃-30.2℃之间。两模块内表面最高温度的最大差值达1.7℃。QM外表面最高温度的波动在31.5℃-33.7℃之间；FM外表面最高温度的波动较小，在30.1℃-31.2℃之间。两模块外表面最高温度的最大差值达3℃。
2）有太阳辐射条件下，QM内表层的温度在32.1℃-33.3℃之间浮动；FM内表层的温度在30.8℃-31.6℃之间浮动。QM外表面最高温度的波动在50.4℃-54.6℃之间变化；FM外表面最高温度的波动小，在47.6℃-50.8℃之间。
通过以上实验结果得出：不管是在有辐射的情况下还是没有辐射的情况下，隔热模块内表层跟外表层的温度浮动范围相似。也就是说，含湿量同样为30%的情况下，佛甲草模块跟轻型种植土模块内外表层的温度浮动相比要小一些。
2.3 温度降低的特征分析
2.3.1 温度波动幅度
温度的波动幅度可以显现模块的稳定性。测试期间，模块内外表面温度波幅变化情况见表3。
对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，FM的内表面温度波幅变化小，在0.5℃-0.8℃范围内浮动，表示佛甲草模块的隔热性能要相对稳定一些；QM内表层温度波动幅度基本上在0.7℃-1.3℃。所以，佛甲草模块跟轻型种植土模块相比，如果是具有一样的含湿量，前者内表层温度的波动幅度要相对小一些。
2）有太阳辐射条件下，FM的内表面温度波幅在0.3℃-0.7℃之间，非常稳定；QM的内表面温度波幅在0.7℃-1.2℃之间。相对较稳定辐射条件下，FM的内表面温度波幅变化明显小于QM。
2.3.2 温度峰谷差
有无太阳辐射条件下，模块的内、外表面温度峰谷差变化情况见表4。
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，FM内表面温度峰谷差最大值为1.2℃，最小值为0.8℃；QM内表面温度的平均峰谷差为1.3℃，最大值为1.6℃，最小值为1.0℃。FM的外表面温度平均峰谷差为0.9℃，QM外表面温度平均峰谷差为1.5℃。
2）在有太阳辐射条件下，FM内表面温度峰谷差最大值为1.2℃，最小值为0.7℃；模块QM内表面温度的平均峰谷差为1.3℃，最大值为1.6℃，最小值为1.0℃。FM的外表面温度平均峰谷差1.4℃，QM外表面温度平均峰谷差为2.3℃。
综上所述，佛甲草模块跟轻型种植土模块两者如果是一样的含湿量，前者的温度峰谷差相对较小，也就是说佛甲草模块的隔热性能和热稳定性要强一些。
3 结束语
本文通过在小型风洞装置控制实验的环境参数下，建立实验平台并设计模块，研究佛甲草模块和轻型种植土模块的隔热性能，并进行对比分析。此次实验给建筑屋面被动式植被模块的隔热原理剖析和工程的实际应用提供了数据和理论支撑。
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]夏佳元.佛甲草在屋顶绿化建设中的应用效果初探[J].湖南林业科技，2007（03）.
作者简介
通讯作者：王璋元（1986-），女，山东省潍坊市人，博士（后）、讲师，主要从事可持续能源技术研究。