人为热对城市冬季降水的影响

城市人为热在冬季的气候效应比夏季更为显著，该文通过气象研究与预报(WRF)模型内置人为热揭示了人为热对城市冬季水热环境的影响机制，进一步利用大尺度城市能(LUCY)模型计算得到了北京地区高时空分辨率的人为热数据，将其耦合到WRF模型中，研究了北京地区人为热对降雪的影响，并与已有关于人为热对夏季降雨影响的研究结论进行对比分析，指出了人为热对夏季及冬季降水影响的不同之处。结果表明，人为热增加对冬季气温的影响幅度无明显阈值，但在空间的影响高度上存在阈值。人为热对夏季和冬季降水的影响机制不同，对夏季降水的影响范围和量级较大，影响机制较为复杂，而对冬季降水的影响主要集中在城市内部，主要影响降水相态。     

城市建筑物对城市边界层三维结构影响的数值模拟

设计了一个考虑城市建筑物动力作用和人为热量影响的城市边界层参数化方案(UBP),并将之耦合到新一代中尺度模式WRF中。利用WRF/UBP模式对北京地区夏季晴空下边界层结构进行了数值模拟分析,并与不考虑建筑物及人为热源影响的MYJ方案的模拟结果进行对比。结果表明, UBP方案模拟的边界层结构反映了城市下垫面作用下的边界层结构特征,近地面层风场和温度场的模拟与自动气象站的观测结果更为接近。人为热源使得城市热岛效应增强,诊断分析显示由于夜间为稳定边界层,而白天边界层发展,湍流输送加强,热岛效应的日变化与人为热源的日变化有明显的反相关。另外,对湍流动能和边界层高度也进行了对比分析,发现城市建筑物使得湍流动能增加,夜间边界层高度有明显升高。研究表明,考虑了建筑物影响的UBP方案大大改善了模式对于城市近地面要素的模拟能力,对城市边界层的描述更为合理。     

韶山市城区人为热影响下的热环境数值模拟

以韶山市城区的热环境为研究对象,利用Gambit软件建立了该城区建筑群的物理模型。分析了影响城区热环境的四种人为热源,通过Fluent软件模拟出夏季不同人为热影响因素作用下的城区热环境;并分析这些因素的影响程度。模拟结果表明:人类新陈代谢、工业、空调和交通四种不同的人为热对城区热环境有不同程度的影响,其影响程度大小依次为空调排热、新陈代谢排热、工业排热、交通排热,其中交通排热主要对路面周围热环境有影响。研究结果可以为改善城区热环境、缓解热人为热导致的热效应加剧提供参考依据。     

1990-2019年我国城市风热环境的演变分析

近几十年来中国经历了快速城市化,而城市的快速发展也带来了如城市热岛效应等问题,影响了城市居住生活环境的舒适度与城市的可持续发展.本文基于1990-2019年的气象数据、土地利用数据和Landsat遥感影像数据,以中国不同气候区的10个省会城市的城区作为研究对象,对各城市的风热环境与建筑密度的演变进行了分析,得出如下研究结论.(1)研究区城市整体处于升温状态,城市平均风速的变化对城市平均气温的影响有限,背景风环境的变化对城市气温上升的影响不如城市建筑密度的增加;(2)研究区城市热环境的变化与城市建成区的空间扩展和城市建筑密度具有较好的时空一致性,并且城市建筑密度的增加与城市热环境的加剧具有一致的趋势特征,但在不同城市的年际变化上存在较大差异;(3)城市扩张虽然会导致城市高温区的增加,但这并不是导致高温区集中的主要原因,在局地地表覆被类型等地理环境因素的影响下,城市风热环境表现出了不同的地域特征.通过对国内多个城市风热环境的变化与演变趋势进行对比分析,可以为促进城市的可持续发展,制订城市发展的相关决策提供理论和参考依据.     

太阳能热泵—地板辐射采暖系统的节能性分析

选取兰州地区某节能办公楼为建筑模型,利用清华大学开发的建筑热环境设计模拟工具包(DeST),计算了供暖季的逐时空调负荷,结合系统运行的情况,利用费用年值法对该系统与传统的集中供暖系统及电热膜取暖系统进行了经济性比较分析,结果表明,该系统较集中供暖系统和电热膜取暖系统低.     

蓄热量对局部时段供暖房间能耗影响的实测与分析

冬冷夏热地区为非集中供暖区域,局部时段供暖是该地区典型的冬季采暖行为特征,这导致家具等蓄热体在供暖时间内处于不稳态传热过程,蓄热量会影响到室内升温速率和能耗指标.在人工气候室内对不同蓄热量房间的能耗指标随供暖时间的变化特征进行了实测分析.结果表明,由于蓄热体在供暖过程中吸收和储存热量,房间蓄热量会大幅度增加短时间供暖房间的能耗指标,随着供暖时间的延长,能耗指标逐步下降.房间蓄热量和室内外温差越大,随供暖时间延长则能耗指标下降越缓慢.此外,蓄热量较大时,室内气温将难以在短时间内控制到满足人体热舒适需要的范围.     

基于MIKE11的城市河网雨水径流污染模拟的研究

随着我国社会经济的快速发展,城市雨水径流污染成为影响水环境的重要因素,预测雨水径流的影响对保证用水安全与城市水环境质量具有重大意义。基于MIKE11模型软件,构建城市河网水力水质模型,确定河网水量水质变化情况;模拟降雨径流对河网水环境的影响范围与时间,掌握河网水质自净及纳污规律。通过与实际监测数据对比分析,该模型能较好模拟河网在雨水径流影响下的水环境变化,预测结果可以为该区域水环境保护和水资源管理决策提供科学依据。     

热激活相变复合墙体动态热特性与节能潜力

为提升老旧建筑热工性能,基于中国北方清洁供暖背景,提出一种利用夜间低谷电力制取低品位热水作为热源,进行蓄能的热激活相变建筑系统。建立了典型热激活相变复合墙体传热模型并与参照实验进行验证,在寒冷地区供暖季气候条件下,模拟分析了管间距、相变层厚度和朝向等因素对复合墙体热特性以及节能潜力影响。结果表明：将集成内嵌管的相变夹层置于墙体与外保温之间具备技术可行性,可大幅提升墙体热工性能;以南墙为例,因墙体引起的热负荷和一次能源消耗分别减少105.5%和14.07%;管间距相比相变层厚度影响更为明显,综合考虑热阻及蓄放热特性,管间距100 mm和相变层厚度30 mm较优;朝向对复合墙体影响较大且北墙提升最为明显,与南墙相比其一次能源消耗和运行费用减少率分别高出20.3和9.0个百分点。研究结果为热激活相变围护结构设计及其在清洁供暖和超低能耗建筑应用中提供了参考。     

基于MIKE11的城市河网雨水径流污染模拟研究

随着我国社会经济的快速发展,城市雨水径流污染成为影响水环境的重要因素,预测雨水径流的影响对保证用水安全与城市水环境质量具有重大意义。基于MIKE11模型软件,构建城市河网水力水质模型,确定河网水量水质变化情况;模拟降雨径流对河网水环境的影响范围与时间,掌握河网水质自净及纳污规律。通过与实际监测数据对比分析,该模型能较好模拟河网在雨水径流影响下的水环境变化,预测结果可以为该区域水环境保护和水资源管理决策提供科学依据。     

复杂地形上的低层风场特征

为了获得复杂地形上的城市地区低层风场特征,结合各个分散站点的实测风场资料,利用质量守恒风场调整模式M CF进行了三维风场模拟分析。以北京为例,对该地区低层大气的平均流动状况和局地扰动状况进行了模拟,获得了该地区流场总体平均状态和局地扰动状态的时空变化。结果表明:该地区风场季节变化主要受大尺度背景风场决定;流场的垂直分布主要由地形和背景风场共同决定。冬季流场主要受地形动力作用,而夏季则受热力作用,具有很强的局地环流;晴稳天气条件下,低层流场受地形扰动影响较强,其影响表现为水平涡旋形态,城市对涡旋产生也具有显著的影响。     

城市道路肌理形态多维指标的微气候影响分析 ——上海实证研究

不同历史背景和规划理念下形成一个城市的不同道路肌理形态,不同的道路肌理形态又影响作用于城市微气候因子而形成了独特的局地微气候.以上海老城厢、古北社区、安亭新镇和新江湾城4个城市肌理为研究对象,利用ENVI-met4.3模拟软件对4个区域的微气候进行模拟,进而从中观与微观方面对比分析城市道路肌理的微气候状况.在中观层面分析了路幅宽度、走向、间距和连通性与气候环境的关联性;在微观尺度分析了道路的贴线率、高宽比(H/W)和天空开阔度(SVF)指标对道路的微气候因子分布特征的影响.这一尺度的微气候特征比较分析研究对城市设计及空间形态优化方面将提供气候适应性发展的有益建议.     

基于集中供暖的地域性建筑节能改造技术研究——以宁夏隆德为例

在我国城镇化建设和国家建设低碳节约型建筑节能目标的快速推进过程中,地域性建筑的节能机制和采暖方式在既有建筑的节能改造进程中经历了巨大的变化,这在一定程度上影响了人们的居住环境和生活方式.宁夏地域性住宅建筑在基于集中供暖的建筑节能改造中也面临着同样的难题.大陆性半湿润半干旱气候条件是宁夏六盘山地区地域性建筑采暖方式选择的主要影响因素,基于对本地区的气候状况和环境条件的深刻理解,隆德县城既有住宅建筑在节能(采暖)改造中充分利用特定的气候要素,并结合现有采暖中存在的问题及本地区节能改造的总体规划要求和节能目标,经过大量的调研、资料收集和数据整理,并结合热工工况和采暖能耗的分析和评估,采取建筑外保温节能改造与集中供暖改造相结合的技术措施,从而达到提高能效并改善建筑室内热环境质量的同时,从根本上减少采暖成本、降低能耗,促使地域性建筑的节能走向绿色化、低碳化的节能目标.     

广州市中心城区人为热排放景观格局的时空变化

为了探究人为热排放对城市生态环境的影响,以广州市中心城区为研究区,利用Landsat数据和地表能量平衡方程,研究了2004—2020年城市人为热排放时空演变状况,结合转移矩阵和景观格局指数分析了人为热排放的时空变化特征及景观格局变化规律. 结果表明:(1)从时间上来看,2004—2014、2014—2020年的人为热排放变化分别以区域快速扩张、强度明显增强为主要特点;从空间上来看,广州市中心城区南部的人为热排放强度比北部的高. (2)人为热排放转移矩阵显示2004—2020年广州市中心城区人为热排放变化显著,低排放区面积占比的变化幅度最大(减少15.72%),其次是中排放区(增加14.51%),高排放区面积占比的变化幅度最小(增加0.28%). 由低排放区转为其他类型的比例高达97.36%,由其他类型转为中排放区的比例高达98.43%,构成了人为热排放变化的主要形式. (3)景观水平上,景观聚集度指数(CONTAG)上升,香农多样性指数(SHDI)和修正Simpon均匀度指数(MSIEI)下降,中心城区的人为热排放景观异质性增强,破碎程度提高;不同等级区人为热排放的景观格局演变具有明显差异,其中,低强度排放景观格局(低排放区、低中排放区)趋于稳定性、规则化,高强度排放景观格局(中排放区、中高排放区、高排放区)趋于破碎化、不规则化.     

北京大学大气环境模式PUMA的改进及其在沈阳地区的应用研究

为拓展北京大学大气环境模式(PUMA)的应用, 对其进行两方面的改进。首先, 用新一代中尺度气象模式WRF提供气象场驱动PUMA; 其次, 新增非局地湍流扩散系数Grisogono方案。 为验证改进后的模拟能力, 将PUMA运用于沈阳地区冬季大气SO₂污染研究。模拟结果和观测比对表明: WRF可以提供合理的气象场; PUMA可以模拟出SO₂浓度月尺度变化和日变化; Grisogono方案在中午对流边界层条件下对模拟结果有所改善。SO₂浓度有明显的日变化, 白天浓度低, 夜间浓度高, 模拟结果表明SO₂浓度和边界层高度的日变化成负相关。改进后的PUMA可以在大气环境预报预警中得到应用。     

运动学效应对登陆台风近地面风场模拟的影响

以2016年超强台风"莫兰蒂"为例,采用天气研究与预报模型(WRF)耦合加利福利亚气象模型(CALMET)的方法,提出了适用于台风条件下的CALMET运动学效应改进方案(KETT)。结果表明,KETT方案可以成功消除CALMET原有运动学效应带来的风场模拟系统性误差,并且10 m高度风速和风向模拟误差比原有方案分别降低10.8%和5.4%。在石蛇山区域,与不采用运动学效应相比,KETT方案10 m高度风速和风向的模拟误差均降低12%以上,能够更准确地反映局地地形对台风近地面精细化风场的影响。     

热湿耦合迁移对长江流域建筑能耗模拟的影响

以温度和相对湿度为驱动势建立了热湿耦合迁移模型(CHMT),采用有限差分法以加权隐式格式离散控制方程,用C++编制计算程序;采用自编程序与有限元模拟软件COMSOL Multiphysics进行求解,将计算结果与实验数据和HAMSTAD验证实例进行对比,验证了模型的准确性;以上海、武汉和重庆的建筑南立面挤塑式聚苯乙烯(XPS)外保温砖墙为例,分别计算墙体在供冷季和供暖季的逐时得热量,并以累计得热量为指标,分析热湿耦合迁移对能耗模拟的影响.结果表明:当不考虑热湿耦合迁移时,上海、武汉和重庆的墙体在供冷季累计得热分别被低估10.04%,8.69%和9.11%;在供暖季累计失热分别被低估6.34%,6.62%和6.3%,因此在计算长江流域建筑能耗时应考虑热湿耦合迁移的影响.     

珠三角城市化对大气边界层特征影响的数值模拟

利用WRF/UCM模式对珠江三角洲2008年秋季一次大气污染过程的气象场特征进行模拟。在模式中针对下垫面类型数据和人为热通量来设置敏感性试验以探讨城市化对大气边界层特征的影响。研究结果表明:城市化发展(包括城市土地利用类型的改变以及人为热通量的加入和增加)均能增强城市热岛效应和干岛效应,使夜间地面逆温现象更加显著,地面污染物容易积累;地表粗糙度的增加使风速减小,城市化使热岛环流增强,污染物难以扩散,这也是造成空气污染事件的原因;同时城市的发展能抬升白天和夜晚的大气边界层高度。     

非供暖季中深层热储自然恢复与蓄热对比分析

本文主要研究对比分析中深层地埋管运行1个供暖季后在非供暖季埋管周围热储自然恢复与有人为干预的蓄热恢复两种不同恢复情况温度场的变化,利用ANSYS Fluent建立传热模型,基于有限体积法进行求解,并与项目实测数据进行对比验证。通过对比分析两种不同恢复模式在非供暖季结束时热储的温度值,结果表明：非供暖季中深层热储通过自然恢复结束时,热储温度热恢复率最低点为96.81%;进行人为干预的蓄热恢复在非供暖季结束时,热储的温度可以最高恢复率可达到158.09%。对比两种不同的热恢复模式在非供暖季结束时温差(Δt)最大达到10.09℃,温差(Δt)随深度及径向距离的增加而减小。     

城市雨水排水系统设计不确定性研究进展

针对应对环境变化对城市雨水排水系统设计带来的影响,从城市暴雨分布规律、城市化进程、雨水管网模拟等方面,分析了国内外研究成果。提出应综合考虑随机、模糊、区间、粗糙等多种不确定性信息,构建城市雨水排水系统的设计模型。研究结果显示,环境变化改变了城市雨水排水系统的原有规律,且存在较大不确定性,可基于信息熵理论构建城市雨水排水系统设计模型,减小不确定性。     

单颗粒印刷线路板热解传热特性模拟研究

建立了单颗粒印刷线路板的传热模型,模拟了热解传热过程,分析了比热容、导热系数和反应热等参数对线路板颗粒温度变化的影响,并通过热重实验对模型进行验证分析.结果表明:在热解过程中,越靠近颗粒中心的部分,比热容变化对颗粒温度变化的影响越明显;在考虑与不考虑比热容变化两种条件下,线路板颗粒温度偏差最大可达21%;线路板颗粒导热系数存在各向异性特点,对于不同区域,y方向和z方向导热对温度变化的影响效果不同;实验与模拟热重曲线的热失重率差仅为9.78%,表明该传热模型设计较为合理.