佛甲草屋面模塊隔熱性能研究

王璋元　楊晚生

摘 要 屋面蒸發冷卻技術可減少屋面傳熱量，改善室內熱環境，降低建筑能耗，具有良好的環境生態效益和節能經濟效益。文章通過所研制的小型風洞實驗裝置對佛甲草模塊的隔熱性能進行了實驗研究，為建筑屋面被動式蒸發冷卻的隔熱機理分析及工程應用提供了基本實驗依據。

關鍵詞 屋面模塊；佛甲草；隔熱性能；對比研究

中圖分類號：TU57+6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0048-02

植被屋面因其優越的改善室內熱環境及城市生態性能，近年來在建筑中運用越來越廣泛。德國是最早將植被屋面產業化的國家。20世紀20年代，植被屋面獲得了德國政府的大力支持，并成立了專門負責研發、推廣與普及的相關機構，這也是佛甲草等植物被首次應用到工程建筑的正式開端。但我國此方面的工作則相對開展較晚，嚴格意義上的應用最早應是廣東佛山某動力聯盟大樓，該大樓于2009年完工，總共包括了1800 m2的屋面綠化，佛甲草即為主用植物，再配合其他多種小喬木、灌木以及藤本植物等，可發揮較好降低太陽輻射強度與提升屋面隔熱能力的效果，同時還形成了一種空中花園的格調，增添了人們游玩休憩的別致感受。

鑒于此，筆者在本文中，擬采用小型風洞裝置進行實驗環境參數的控制，并通過一定實驗平臺設計隔熱模塊，旨在對佛甲草模塊的隔熱性能展開研究。

1 實驗方法及儀器

1.1 實驗風洞

本研究中，風洞裝置主要由兩部分組成：①空氣調節模擬實驗臺；②風洞。

空氣調節模擬試驗臺設有調節風量大小的電壓調壓器；在設備內部配備有空氣預熱器與再熱器等，可將空氣加熱升溫，電加熱器的電輸入數值是可以被分別直接測量的，且同時還能將測量到的數值與被處理空氣的熱焓變化情況進行對比分析；而另一方面，還設計有可對空氣進行降溫與加濕的噴水室。

風洞由軟接頭、鋁合金風道和風機組成。在風洞的中部設置有模擬太陽輻射的輻射燈，該燈的正下方即為測試段，測試模塊即放置在這里。另于風洞的出口端安裝有2臺軸流風機，同時在風洞內部設置熱電偶溫度檢測點，以此對風洞內部的空氣溫度變化情況進行監測。

1.2 模塊構造

佛甲草是種植在輕型的種植土隔熱模塊撒謊能夠的，而這些種植土模塊所采用的材料通常包括有PVC模塊板、土工布、蓄排水板以及輕質土等。模塊板大小一般設計為60 cm×60 cm×10 cm，并在其底層鋪設有一層厚度大概為2.5 cm的蓄排水板，土工布即覆蓋于這些蓄排水板之上，再將6.5 cm的輕型種植土鋪設于土工布的上面，單位模塊的整體凈重大概為10.09 kg。為進一步降低模塊側面與其底部的傳熱量，再采用5 mm厚的擠塑聚苯板對這些地方進行了包裹處理。模塊的熱電偶溫度檢測點共有10個，在輕質土表面、輕質土內部、土工布表面、模塊板內以及外底面等處均有分布。

1.3 實驗測試儀器及方法

風洞內及模塊內部溫度采集采用金艾聯電子科技有限公司的JK-16U多路溫度巡檢儀，數據采集時間為1 h，測溫范圍-50℃～300℃，實驗環境溫度0℃～50℃。溫度測點采用鎳鉻-鎳硅熱電偶。

測量風洞內部空氣濕度的儀器選用YD-HT2X808J型溫濕度記錄儀（銀都科技有限公司生產），該儀器共裝備有2個溫濕度探頭，分別測量進口和出口段距測試模塊50 cm的相對濕度。

2 實驗結果與分析

本文分別從模塊內、外表面溫度方面分析研究佛甲草模塊的隔熱性能。

2.1 環境參數分析

實驗首先在無輻射條件下進行，研究佛甲草模塊的隔熱性能，入口段環境溫度平均值為46.5℃，環境相對濕度平均值為38.8%，模塊含濕量為30%。實驗再在300 W/m2輻射條件下進行，入口段環境溫度平均值為36.6℃，環境相對濕度平均值為50.4%，模塊含濕量為30%。所得的環境溫度和相對濕度實驗數據見表1。

從上表可分析得出，在有無太陽輻射條件下，風洞入口段的相對溫濕度基本保持恒定，滿足實驗要求。

2.2 模塊內外表面溫度

模塊由上到下的溫度水平是反應其隔熱性能的最直觀的指標參數，而其內、外表的最高溫度則可反應出模塊在熱傳遞過程中的峰值水平。有無太陽輻射條件下模塊內、外表面最高溫度見表2。

分析上表連續五天的實測數據可得出，隔熱模塊在有無輻射的情況下均表現有非常相似的現象，總體來看，30%含濕量的佛甲草隔熱模塊具有相對更低的內外表面溫度波動。

2.3 溫度衰減特性分析

2.3.1 溫度波幅

物體的溫度會在很大程度受到周圍環境的影響，同時物體的溫度波幅具體是指：在特定的時間范圍內其最高溫度與平均溫度的差。我們即可采用這樣的溫度波幅來指示隔熱模塊的穩定性能。在測試過程中，兩種條件下測試模塊的內外表面溫度波幅的具體變化情況詳見表3。

對上表中模塊內外表面溫度波幅進行分析，其結果如下。

1）無太陽輻射條件下，佛甲草隔熱模塊的內表面溫度波幅變化最小，在0.5℃～0.8℃范圍內變化，說明佛甲草隔熱模塊的隔熱性能穩定。

2）有太陽輻射條件下，佛甲草隔熱模塊的內表面溫度波幅在0.3℃～0.7℃之間，非常穩定。

2.3.2 溫度峰谷差

溫度波衰減性的評價一般通過考察對同一點的溫度峰谷差來進行的，峰谷差具體為一天內最高與最低溫度的差值，該數值即可反映出日平均溫度的波動特性以及溫度波的衰減特性。模塊內外表面溫度的峰谷差分別在有無太陽輻射條件下的具體變化情況詳見表4。

有無太陽輻射條件下，隔熱模塊的內、外表面溫度峰谷差分析如下。

1）在無太陽輻射條件下，模塊內表面溫度峰谷差最大值為1.2℃，最小值為0.8℃，平均峰谷差為1.0℃。

2）在有太陽輻射條件下，模塊內表面溫度峰谷差最大值為1.2℃，最小值為0.7℃，平均峰谷差為0.9℃。

3 結束語

本研究采用了小型風洞裝置來對實驗環境參數進行控制，并在該條件下建立相應的實驗平臺，同時設計隔熱模塊，以此對佛甲草模塊的隔熱性能進行研究。本次研究可為建筑屋面被動式植被模塊的隔熱機理分析及其相關的工程應用提供一定的理論數據支持。

基金項目

廣東省自然科學基金面上項目（S2013010011674和S2013010013536）；中國博士后科學基金第六批特別資助項目（2013T60790）；中國博士后科學基金第52批面上資助項目（2012M521576）；廣東工業大學校博士啟動基金（12ZK0380）；住房和城鄉建設部科技項目（2011-k1-28）；亞熱帶建筑科學國家重點實驗室開放基金項目（2011KB22）；廣東省建筑節能與應用技術重點實驗室項目（2011048）。

參考文獻

[1]孟慶林，李建成.廣州城市氣候資源與被動蒸發冷卻技術的應用[J].熱帶地理，1998，18（2）：168-171.

[2]范影.被動冷卻技術在我國建筑節能中的應用與展望[J].建筑熱能通風空調，2005，24（5）：29-32.

[3]黃翔.蒸發冷卻空調技術手冊[M].北京：機械工業出版社，2009：6-7.

[4]查翔.城市景觀之屋頂綠化[J].中外建筑，2006（02）：55-56.

[5]白潤波.綠色建筑節能技術與實例[M].北京：化學工業出版社，2012：180-181.

作者簡介

王璋元（1986-），女，山東濰坊人，講師，博士（后），主要從事可持續能源技術研究。endprint

摘 要 屋面蒸發冷卻技術可減少屋面傳熱量，改善室內熱環境，降低建筑能耗，具有良好的環境生態效益和節能經濟效益。文章通過所研制的小型風洞實驗裝置對佛甲草模塊的隔熱性能進行了實驗研究，為建筑屋面被動式蒸發冷卻的隔熱機理分析及工程應用提供了基本實驗依據。

關鍵詞 屋面模塊；佛甲草；隔熱性能；對比研究

中圖分類號：TU57+6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0048-02

植被屋面因其優越的改善室內熱環境及城市生態性能，近年來在建筑中運用越來越廣泛。德國是最早將植被屋面產業化的國家。20世紀20年代，植被屋面獲得了德國政府的大力支持，并成立了專門負責研發、推廣與普及的相關機構，這也是佛甲草等植物被首次應用到工程建筑的正式開端。但我國此方面的工作則相對開展較晚，嚴格意義上的應用最早應是廣東佛山某動力聯盟大樓，該大樓于2009年完工，總共包括了1800 m2的屋面綠化，佛甲草即為主用植物，再配合其他多種小喬木、灌木以及藤本植物等，可發揮較好降低太陽輻射強度與提升屋面隔熱能力的效果，同時還形成了一種空中花園的格調，增添了人們游玩休憩的別致感受。

鑒于此，筆者在本文中，擬采用小型風洞裝置進行實驗環境參數的控制，并通過一定實驗平臺設計隔熱模塊，旨在對佛甲草模塊的隔熱性能展開研究。

1 實驗方法及儀器

1.1 實驗風洞

本研究中，風洞裝置主要由兩部分組成：①空氣調節模擬實驗臺；②風洞。

空氣調節模擬試驗臺設有調節風量大小的電壓調壓器；在設備內部配備有空氣預熱器與再熱器等，可將空氣加熱升溫，電加熱器的電輸入數值是可以被分別直接測量的，且同時還能將測量到的數值與被處理空氣的熱焓變化情況進行對比分析；而另一方面，還設計有可對空氣進行降溫與加濕的噴水室。

風洞由軟接頭、鋁合金風道和風機組成。在風洞的中部設置有模擬太陽輻射的輻射燈，該燈的正下方即為測試段，測試模塊即放置在這里。另于風洞的出口端安裝有2臺軸流風機，同時在風洞內部設置熱電偶溫度檢測點，以此對風洞內部的空氣溫度變化情況進行監測。

1.2 模塊構造

佛甲草是種植在輕型的種植土隔熱模塊撒謊能夠的，而這些種植土模塊所采用的材料通常包括有PVC模塊板、土工布、蓄排水板以及輕質土等。模塊板大小一般設計為60 cm×60 cm×10 cm，并在其底層鋪設有一層厚度大概為2.5 cm的蓄排水板，土工布即覆蓋于這些蓄排水板之上，再將6.5 cm的輕型種植土鋪設于土工布的上面，單位模塊的整體凈重大概為10.09 kg。為進一步降低模塊側面與其底部的傳熱量，再采用5 mm厚的擠塑聚苯板對這些地方進行了包裹處理。模塊的熱電偶溫度檢測點共有10個，在輕質土表面、輕質土內部、土工布表面、模塊板內以及外底面等處均有分布。

1.3 實驗測試儀器及方法

風洞內及模塊內部溫度采集采用金艾聯電子科技有限公司的JK-16U多路溫度巡檢儀，數據采集時間為1 h，測溫范圍-50℃～300℃，實驗環境溫度0℃～50℃。溫度測點采用鎳鉻-鎳硅熱電偶。

測量風洞內部空氣濕度的儀器選用YD-HT2X808J型溫濕度記錄儀（銀都科技有限公司生產），該儀器共裝備有2個溫濕度探頭，分別測量進口和出口段距測試模塊50 cm的相對濕度。

2 實驗結果與分析

本文分別從模塊內、外表面溫度方面分析研究佛甲草模塊的隔熱性能。

2.1 環境參數分析

實驗首先在無輻射條件下進行，研究佛甲草模塊的隔熱性能，入口段環境溫度平均值為46.5℃，環境相對濕度平均值為38.8%，模塊含濕量為30%。實驗再在300 W/m2輻射條件下進行，入口段環境溫度平均值為36.6℃，環境相對濕度平均值為50.4%，模塊含濕量為30%。所得的環境溫度和相對濕度實驗數據見表1。

從上表可分析得出，在有無太陽輻射條件下，風洞入口段的相對溫濕度基本保持恒定，滿足實驗要求。

2.2 模塊內外表面溫度

模塊由上到下的溫度水平是反應其隔熱性能的最直觀的指標參數，而其內、外表的最高溫度則可反應出模塊在熱傳遞過程中的峰值水平。有無太陽輻射條件下模塊內、外表面最高溫度見表2。

分析上表連續五天的實測數據可得出，隔熱模塊在有無輻射的情況下均表現有非常相似的現象，總體來看，30%含濕量的佛甲草隔熱模塊具有相對更低的內外表面溫度波動。

2.3 溫度衰減特性分析

2.3.1 溫度波幅

物體的溫度會在很大程度受到周圍環境的影響，同時物體的溫度波幅具體是指：在特定的時間范圍內其最高溫度與平均溫度的差。我們即可采用這樣的溫度波幅來指示隔熱模塊的穩定性能。在測試過程中，兩種條件下測試模塊的內外表面溫度波幅的具體變化情況詳見表3。

對上表中模塊內外表面溫度波幅進行分析，其結果如下。

1）無太陽輻射條件下，佛甲草隔熱模塊的內表面溫度波幅變化最小，在0.5℃～0.8℃范圍內變化，說明佛甲草隔熱模塊的隔熱性能穩定。

2）有太陽輻射條件下，佛甲草隔熱模塊的內表面溫度波幅在0.3℃～0.7℃之間，非常穩定。

2.3.2 溫度峰谷差

溫度波衰減性的評價一般通過考察對同一點的溫度峰谷差來進行的，峰谷差具體為一天內最高與最低溫度的差值，該數值即可反映出日平均溫度的波動特性以及溫度波的衰減特性。模塊內外表面溫度的峰谷差分別在有無太陽輻射條件下的具體變化情況詳見表4。

有無太陽輻射條件下，隔熱模塊的內、外表面溫度峰谷差分析如下。

1）在無太陽輻射條件下，模塊內表面溫度峰谷差最大值為1.2℃，最小值為0.8℃，平均峰谷差為1.0℃。

2）在有太陽輻射條件下，模塊內表面溫度峰谷差最大值為1.2℃，最小值為0.7℃，平均峰谷差為0.9℃。

3 結束語

本研究采用了小型風洞裝置來對實驗環境參數進行控制，并在該條件下建立相應的實驗平臺，同時設計隔熱模塊，以此對佛甲草模塊的隔熱性能進行研究。本次研究可為建筑屋面被動式植被模塊的隔熱機理分析及其相關的工程應用提供一定的理論數據支持。

基金項目

廣東省自然科學基金面上項目（S2013010011674和S2013010013536）；中國博士后科學基金第六批特別資助項目（2013T60790）；中國博士后科學基金第52批面上資助項目（2012M521576）；廣東工業大學校博士啟動基金（12ZK0380）；住房和城鄉建設部科技項目（2011-k1-28）；亞熱帶建筑科學國家重點實驗室開放基金項目（2011KB22）；廣東省建筑節能與應用技術重點實驗室項目（2011048）。

參考文獻

[1]孟慶林，李建成.廣州城市氣候資源與被動蒸發冷卻技術的應用[J].熱帶地理，1998，18（2）：168-171.

[2]范影.被動冷卻技術在我國建筑節能中的應用與展望[J].建筑熱能通風空調，2005，24（5）：29-32.

[3]黃翔.蒸發冷卻空調技術手冊[M].北京：機械工業出版社，2009：6-7.

[4]查翔.城市景觀之屋頂綠化[J].中外建筑，2006（02）：55-56.

[5]白潤波.綠色建筑節能技術與實例[M].北京：化學工業出版社，2012：180-181.

作者簡介

王璋元（1986-），女，山東濰坊人，講師，博士（后），主要從事可持續能源技術研究。endprint

摘 要 屋面蒸發冷卻技術可減少屋面傳熱量，改善室內熱環境，降低建筑能耗，具有良好的環境生態效益和節能經濟效益。文章通過所研制的小型風洞實驗裝置對佛甲草模塊的隔熱性能進行了實驗研究，為建筑屋面被動式蒸發冷卻的隔熱機理分析及工程應用提供了基本實驗依據。

關鍵詞 屋面模塊；佛甲草；隔熱性能；對比研究

中圖分類號：TU57+6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0048-02

植被屋面因其優越的改善室內熱環境及城市生態性能，近年來在建筑中運用越來越廣泛。德國是最早將植被屋面產業化的國家。20世紀20年代，植被屋面獲得了德國政府的大力支持，并成立了專門負責研發、推廣與普及的相關機構，這也是佛甲草等植物被首次應用到工程建筑的正式開端。但我國此方面的工作則相對開展較晚，嚴格意義上的應用最早應是廣東佛山某動力聯盟大樓，該大樓于2009年完工，總共包括了1800 m2的屋面綠化，佛甲草即為主用植物，再配合其他多種小喬木、灌木以及藤本植物等，可發揮較好降低太陽輻射強度與提升屋面隔熱能力的效果，同時還形成了一種空中花園的格調，增添了人們游玩休憩的別致感受。

鑒于此，筆者在本文中，擬采用小型風洞裝置進行實驗環境參數的控制，并通過一定實驗平臺設計隔熱模塊，旨在對佛甲草模塊的隔熱性能展開研究。

1 實驗方法及儀器

1.1 實驗風洞

本研究中，風洞裝置主要由兩部分組成：①空氣調節模擬實驗臺；②風洞。

空氣調節模擬試驗臺設有調節風量大小的電壓調壓器；在設備內部配備有空氣預熱器與再熱器等，可將空氣加熱升溫，電加熱器的電輸入數值是可以被分別直接測量的，且同時還能將測量到的數值與被處理空氣的熱焓變化情況進行對比分析；而另一方面，還設計有可對空氣進行降溫與加濕的噴水室。

風洞由軟接頭、鋁合金風道和風機組成。在風洞的中部設置有模擬太陽輻射的輻射燈，該燈的正下方即為測試段，測試模塊即放置在這里。另于風洞的出口端安裝有2臺軸流風機，同時在風洞內部設置熱電偶溫度檢測點，以此對風洞內部的空氣溫度變化情況進行監測。

1.2 模塊構造

佛甲草是種植在輕型的種植土隔熱模塊撒謊能夠的，而這些種植土模塊所采用的材料通常包括有PVC模塊板、土工布、蓄排水板以及輕質土等。模塊板大小一般設計為60 cm×60 cm×10 cm，并在其底層鋪設有一層厚度大概為2.5 cm的蓄排水板，土工布即覆蓋于這些蓄排水板之上，再將6.5 cm的輕型種植土鋪設于土工布的上面，單位模塊的整體凈重大概為10.09 kg。為進一步降低模塊側面與其底部的傳熱量，再采用5 mm厚的擠塑聚苯板對這些地方進行了包裹處理。模塊的熱電偶溫度檢測點共有10個，在輕質土表面、輕質土內部、土工布表面、模塊板內以及外底面等處均有分布。

1.3 實驗測試儀器及方法

風洞內及模塊內部溫度采集采用金艾聯電子科技有限公司的JK-16U多路溫度巡檢儀，數據采集時間為1 h，測溫范圍-50℃～300℃，實驗環境溫度0℃～50℃。溫度測點采用鎳鉻-鎳硅熱電偶。

測量風洞內部空氣濕度的儀器選用YD-HT2X808J型溫濕度記錄儀（銀都科技有限公司生產），該儀器共裝備有2個溫濕度探頭，分別測量進口和出口段距測試模塊50 cm的相對濕度。

2 實驗結果與分析

本文分別從模塊內、外表面溫度方面分析研究佛甲草模塊的隔熱性能。

2.1 環境參數分析

實驗首先在無輻射條件下進行，研究佛甲草模塊的隔熱性能，入口段環境溫度平均值為46.5℃，環境相對濕度平均值為38.8%，模塊含濕量為30%。實驗再在300 W/m2輻射條件下進行，入口段環境溫度平均值為36.6℃，環境相對濕度平均值為50.4%，模塊含濕量為30%。所得的環境溫度和相對濕度實驗數據見表1。

從上表可分析得出，在有無太陽輻射條件下，風洞入口段的相對溫濕度基本保持恒定，滿足實驗要求。

2.2 模塊內外表面溫度

模塊由上到下的溫度水平是反應其隔熱性能的最直觀的指標參數，而其內、外表的最高溫度則可反應出模塊在熱傳遞過程中的峰值水平。有無太陽輻射條件下模塊內、外表面最高溫度見表2。

分析上表連續五天的實測數據可得出，隔熱模塊在有無輻射的情況下均表現有非常相似的現象，總體來看，30%含濕量的佛甲草隔熱模塊具有相對更低的內外表面溫度波動。

2.3 溫度衰減特性分析

2.3.1 溫度波幅

物體的溫度會在很大程度受到周圍環境的影響，同時物體的溫度波幅具體是指：在特定的時間范圍內其最高溫度與平均溫度的差。我們即可采用這樣的溫度波幅來指示隔熱模塊的穩定性能。在測試過程中，兩種條件下測試模塊的內外表面溫度波幅的具體變化情況詳見表3。

對上表中模塊內外表面溫度波幅進行分析，其結果如下。

1）無太陽輻射條件下，佛甲草隔熱模塊的內表面溫度波幅變化最小，在0.5℃～0.8℃范圍內變化，說明佛甲草隔熱模塊的隔熱性能穩定。

2）有太陽輻射條件下，佛甲草隔熱模塊的內表面溫度波幅在0.3℃～0.7℃之間，非常穩定。

2.3.2 溫度峰谷差

溫度波衰減性的評價一般通過考察對同一點的溫度峰谷差來進行的，峰谷差具體為一天內最高與最低溫度的差值，該數值即可反映出日平均溫度的波動特性以及溫度波的衰減特性。模塊內外表面溫度的峰谷差分別在有無太陽輻射條件下的具體變化情況詳見表4。

有無太陽輻射條件下，隔熱模塊的內、外表面溫度峰谷差分析如下。

1）在無太陽輻射條件下，模塊內表面溫度峰谷差最大值為1.2℃，最小值為0.8℃，平均峰谷差為1.0℃。

2）在有太陽輻射條件下，模塊內表面溫度峰谷差最大值為1.2℃，最小值為0.7℃，平均峰谷差為0.9℃。

3 結束語

本研究采用了小型風洞裝置來對實驗環境參數進行控制，并在該條件下建立相應的實驗平臺，同時設計隔熱模塊，以此對佛甲草模塊的隔熱性能進行研究。本次研究可為建筑屋面被動式植被模塊的隔熱機理分析及其相關的工程應用提供一定的理論數據支持。

基金項目

廣東省自然科學基金面上項目（S2013010011674和S2013010013536）；中國博士后科學基金第六批特別資助項目（2013T60790）；中國博士后科學基金第52批面上資助項目（2012M521576）；廣東工業大學校博士啟動基金（12ZK0380）；住房和城鄉建設部科技項目（2011-k1-28）；亞熱帶建筑科學國家重點實驗室開放基金項目（2011KB22）；廣東省建筑節能與應用技術重點實驗室項目（2011048）。

參考文獻

[1]孟慶林，李建成.廣州城市氣候資源與被動蒸發冷卻技術的應用[J].熱帶地理，1998，18（2）：168-171.

[2]范影.被動冷卻技術在我國建筑節能中的應用與展望[J].建筑熱能通風空調，2005，24（5）：29-32.

[3]黃翔.蒸發冷卻空調技術手冊[M].北京：機械工業出版社，2009：6-7.

[4]查翔.城市景觀之屋頂綠化[J].中外建筑，2006（02）：55-56.

[5]白潤波.綠色建筑節能技術與實例[M].北京：化學工業出版社，2012：180-181.

作者簡介

王璋元（1986-），女，山東濰坊人，講師，博士（后），主要從事可持續能源技術研究。endprint