喷雾降温技术适用性及热环境研究

VIP免费

3.0 赵德峰 2025-01-09 12 4 8.81MB 71 页 15积分

侵权投诉

摘要

2010 年世界博览会即将在上海举行，世博期间正是炎热的夏季，如何使本次

世博会获得舒适和安全的参观环境，喷雾降温技术凭借其降温效果、景观效果以

及节能作用，将成为世博会期间重要的室外降温方式之一。喷雾降温技术在上海

地区的降温效果是否良好，是否能有效改善室外环境等问题将成为本文的主要研

究内容。

本文利用《中国建筑热环境分析专用气象数据集》和美国 ENERGYPLUS 的

气象参数，针对喷雾降温效果，对包括上海在内的全国典型地区进行了气象参数

分析。以日本喷雾降温效果实验结果为依据，分析结果显示，上海地区在世博开

馆期间，8.79～22.48％的时刻喷雾降温效果显现，当上海地区 t>30℃时，有 66％

的时间应用喷雾降温技术有效；广东地区由于气候炎热，可以使用喷雾降温技术

的比例能够达到 40％；对于西南和西北地区，温度相对较低，使用喷雾技术时间

的比例为 10％左右。

本文提出了喷雾降温潜力的概念，利用此概念分析全国各地喷雾降温潜力。

分析结果显示，上海地区和广州地区理论喷雾降温潜力有 4～11℃，西北地区由于

气候干燥，降温潜力可达到 15℃左右，但由于需要喷雾降温的时间并不多，户外

喷雾降温技术应用需求并不大。鉴于西北地区干燥凉爽的气候环境，可考虑结合

喷雾降温技术与通风技术运用于改善室内环境，既可达到降温效果，又可改善室

内湿度环境。

论文进行了两类喷雾降温试验，以分析喷雾降温对环境的温降贡献。两类试

验都在上海进行，其中之一是梦清园景观喷雾降温效果试验；另一类是华山路高

压喷雾降温效果试验。梦清园景观喷雾试验结果显示，远离喷雾区的测点温降在

1～3℃，离喷雾区较近的测点温降最高可以达到 4℃。华山路高压喷雾试验结果显

示在较为干燥炎热的气象条件下，喷雾可以使环境降低 4～7℃，而在较为潮湿的

气象条件下，喷雾可以使环境降低 2～4℃。处于喷雾中心区测点的温降效果要好

于远离喷雾区的测点。利用 9月26 号华山路试验数据计算喷雾效率，结果显示在

喷雾中心区域的喷雾效率为 80％，远离喷雾区测点喷雾效率为 20％～40％。试验

结果表明，上海地区喷雾降温具有一定的降温效果。

利用 WBGT 评价指标对喷雾环境进行综合评价，并分析了太阳辐射对喷雾降

温环境的影响。分析结果显示，喷雾降温技术可以使喷雾区 WBGT 温降达到 1～

4℃，而太阳总辐射每升高 100W/m2，WBGT 值就会升高 0.2～0.3℃。利用必须出

汗率 SREQ 评价指标对喷雾环境进行了综合评价，并分析了风速和衣着对人体舒

适度的影响。分析结果显示，喷雾降温技术可以使喷雾区 SREQ 值降低 50 W/m2。

本文研究成果将有助于人们对喷雾降温技术有更进一步的了解，为挖掘喷雾

降温的降温潜力提供理论和实验依据。随着全球气候逐渐变暖，喷雾降温技术在

改善室外人员活动区的应用空间将会越来越大，随着研究的深入，喷雾降温技术

在特定地区可望成为室外降温的主要方式。

关键词：喷雾降温蒸发冷却气象参数室外热环境

ABSTRACT

Shanghai World Expo will be held in 2010. During the World Expo, the weather is

the hot summer compare to the aim of the World Expo is providing comfort and

security of environment for visitors. So with its outstanding energy efficiency and

cooling effect, spray- cooling technology will become one important outdoor cooling

way during World Expo. And the main research contents of this article will show the

effect of spray- cooling technology’ is good or not in the Shanghai region and whether it

can effectively improve the outdoor environment.

This paper used the data in Analysis of thermal environment of Chinese

architecture-specific meteorological data sets’ and ‘the United States ENERGYPLUS

meteorological parameters’ and analysis the meteorological parameters in Shanghai and

other typical areas in China.

Based on the results of analysis of meteorological parameters, 8.79 ~ 22.48% of

the time has effect of spray- cooling technology during the opening period of the World

Expo in Shanghai. And you can use spray- cooling technology in 40% times because of

the hot weather. And the ratio of the Southwest and the Northwest is 10% due to the

relatively temperature. For relatively dry north-west, the use of spray cooling

technology is not the role outside because of its relatively cool climate. But there has

also a significant cooling effect. So we can improve the indoor environment combine

spray cooling technology and ventilation technology. Then, we can achieve the cooling

effect and also improve indoor humidity.

And this paper delimits the concept of the potential of spray- cooling technology

and uses the conceptual analysis to the potential of spray- cooling technology in all

parts of the country. The result shows the potential of spray cooling in Shanghai and

Guangzhou is 4 ~ 11 ℃. And the potential of spray cooling in the Northwest reaches to

15 ℃due to the dry climate. However the role of spray cooling technology is not too

great outside because the need of spray cooling is a little.

The paper analysis the effect of the spray systems contribute to the temperature.

There are two major tests: 1. Meng Qing Landscape spray test; 2. Huashan Road,

high-pressure spray test. Tests are all carried out in Shanghai and can reflect the effect

of the spray cooling in Shanghai. Meng Qing Landscape spray test shows that the

measuring point which is far away from the spray systems can be drop 1 ~ 3 ℃and the

measuring point close to the spray zone can be drop 4 ℃.Huashan Road high-pressure

spray test results show that the environment can reduce spray 4 ~ 7 ℃in more dry and

hot weather conditions. And in more humid weather conditions, the spray can reduce

the environmental 2 ~ 4 ℃.

The two tests above show that the effect of the spray cooling in the central area of

the measuring point is better than the further one. The data in September 26th on

Huashan Road shows that the efficiency of the central region is 80% compare to the

20% ~ 40% which is away from the spray zone.

Use the WBGT index to evaluate the environment and obtain the contribution of

spray-cooling technology and solar radiation on the environment. The results show that

spray cooling technology can drop 1 ~ 4 ℃WBGT temperature in the spray areas. With

the increase in global solar radiation each 100W/m2, WBGT value will increase 0.2 ~

0.3 ℃. This paper also uses SREQ to evaluate the spray environment and analyze the

wind speed and clothing comfort on the impact of the human body. The result shows

that spray-cooling technology can reduce SREQ 50 W/m2.

This paper can help people has a further understanding of spray cooling technology

and give full play to the role of spray cooling technology. With the gradual warming of

global climate, spray-cooling technology can be applied to the outdoor areas much more

widely. And with in-depth study, spray cooling technology is expected to become the

main way to drop temperature outdoor.

Key words: spray-cooling technology; Evaporative cooling;

Meteorological parameters; Outdoor thermal environment

摘要 .........................................................................................................................

ABSTRACT ................................................................................................................

第一章绪论 .............................................................................................................1

§1.1 课题的来源 ..............................................................................................1

§1.2 热环境评价指标研究概况 ......................................................................2

§1.3 喷雾降温原理及国内外研究概况 ..........................................................4

§1.4 喷雾降温技术在国内外应用概况 ..........................................................6

§1.5 课题研究方法、目标及意义 ..................................................................9

§1.5.1 研究方法 ........................................................................................ 9

§1.5.2 研究目标 ........................................................................................ 9

§1.5.3 研究意义 ........................................................................................ 9

§1.6 本文的主要工作 ......................................................................................9

第二章理论基础研究及喷雾降温应用潜力研究 ...............................................11

§2.1 理论基础 ................................................................................................ 11

§2.1.1 水微粒蒸发机理研究 .................................................................. 11

§2.1.2 蒸发冷却降温潜力 ...................................................................... 13

§2.1.3 喷雾效率 ...................................................................................... 15

§2.2 上海气象条件与世界三大城市气象条件的比较 ................................15

§2.3 中国典型地区气象参数比较分析 ........................................................16

§2.4 各地气象条件针对喷雾降温详细分析 ................................................19

§2.5 全国各地喷雾降温潜力分析 ................................................................27

第三章喷雾降温效果试验研究 ...........................................................................29

§3.1 高压喷雾降温试验系统原理 ................................................................29

§3.2 喷雾水微粒粒径测试结果 ....................................................................30

§3.3 试验概况 ................................................................................................32

§3.3.1 试验条件 ...................................................................................... 32

§3.3.2 试验仪器与数据处理 .................................................................. 34

§3.4 试验数据及结果分析 ............................................................................34

§3.4.1 梦清园景观喷雾试验数据及结果分析 ...................................... 34

§3.4.2 华山路高压喷雾试验数据及结果分析 ...................................... 39

§3.5 潜力验证及喷雾效率 ............................................................................44

第四章室外喷雾降温热环境评价分析研究 .......................................................47

§4.1 室外热环境评价指标 .............................................................................47

§4.2 室外过热环境喷雾前后 WBGT 指标分析 .......................................... 47

§4.2.1 WBGT 的应用及发展简述 .......................................................... 47

§4.2.2 温度等焓下降对降低室外环境 WBGT 的贡献 ........................ 49

§4.2.3 WBGT 极限曲线分析气象参数 .................................................. 51

§4.2.4 喷雾前后 WBGT 指标评价分析 ................................................ 53

§4.3 喷雾前后室外热环境必须出汗率 SREQ 评价分析 ............................56

§4.3.1 必须出汗率 SREQ 指标简述及计算方法 ..................................56

§4.3.2 利用必须出汗率 SREQ 指标评价喷雾环境 ..............................58

第五章结论与展望 ...............................................................................................61

§5.1 结论 ........................................................................................................61

§5.2 展望 ........................................................................................................62

参考文献 .................................................................................................................63

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .....................................66

致谢 .....................................................................................................................67

第一章绪论

§1.1 课题的来源

随着 2010 上海世界博览会日益临近，中国上海也将成为全世界的焦点，为了

突出本次世界博览会科技、环境和节能的主题，中国政府相关部门提出使用节能

产品、采取节能措施来改善人们的生活水平，以体现城市让生活更美好的主题[1]。

在2005 年日本爱知县举行的世界博览会上，为了突出科技世博的主题，日本

方面使用了大量的节能技术以改变环境状况，具体措施下文有详细介绍。这次爱

知世博会，使用了多种新技术，喷雾降温技术[2]就是其中的一种。

喷雾降温就是通过喷射超细水雾，水雾汽化时吸收空气热量，从而降低环境

空气温度，达到降温效果的一种技术。

上海 2010 年世界博览会时间为 5月1日至 10 月31 日，在炎热的夏季，室外

高密度人员活动区域，如何创造一个比较凉爽舒适的室外微环境，成为目前许多

学者和工程师们探讨的热点问题之一。

由于上海地区夏季气温高，相对湿度大，喷雾降温应用其降温效果要在高温

低湿区，为此如何利用喷雾技术达到降温效果避免中暑，值得研究[3]。

据估计，世博期间世博园区参观者将达到标准日 40 余万人次，高峰日 60 余

万人次，极端高峰日 80 余万人次的规模。在园区的各种通道、入口处将形成排队

等候的人员高密度集中区，此外在休闲亭、购物亭等公共设施附近也将有高密度

的人员集中区。据爱知等世博会经验，特别在进入会场参观的等候区，参观者经

常需等候 2～3小时。世博轴是一条宽 80m，连接园区浦东、浦西部分主入口、贯

穿南北向轴线长达 1公里的标志性通道，而此处正是世博会园区的主要入口，人

流量非常大，此处也是最容易中暑的地方。所以世博局相关部门提出必须采取措

施改善此处的环境，由于爱知世博会上对于喷雾降温技术有过成功的经验，所以

决定在此处使用喷雾技术以达到降温和改善环境的目的。

虽然喷雾降温技术在日本使用是成功的，但是上海地区的使用是否能够达到

同样好的效果，或者是否有使用的价值，都需要做进一步的研究，所以基于上述

原因，本文就喷雾技术对于环境的降温效果和喷雾区的热环境进行研究，并且分

析环境本身的因素对于喷雾技术的影响。

喷雾降温技术适用性及热环境研究

§1.2 热环境评价指标研究概况

对于热环境，不仅仅需要温度、相对湿度等简单的参数进行描述，在利用措施

改善环境的过程中，需要用评价指标对环境进行综合评价。

国际标准组织提出了许多计算和评价人体对室外环境的评价指标，其中许多指

标已经被欧洲广泛使用。对于不同的环境有其不同的评价指标。如表 1.1：

表1.1 国际标准组织评价指标[4]

过热环境

舒适环境

过冷环境

ISO7243（WBGT）

ISO7730（PMV）

ISOTR11079（IREQ）

ISO7933（SREQ）

ISO10551（SUBJ）

ISO9886（Phys）

本文重点研究和讨论室外热环境，而国内外学者对关于热环境指标做了研究和

比较。首先是使用最广泛的湿球黑球温度 WBGT（ISO7243）[5][6]，它表示人体接

触热环境的经验指标，它与自然湿球温度、干球温度和黑球温度有关，是反映客

观环境的评价，该指标有一个前提，为了保证人体健康，人体核心温度（直肠温

度）不能超过 38℃，在此前提下，国际标准组织给出了人体在不同状况下 WBGT

的参考值，在人体休息状况下只要 WBGT 值不超过 32℃就不会造成热损伤，当然

对于 WBGT 指标限定人们穿着轻质衣物，针对其他穿着的环境可以使用其他指标；

利用人体热平衡方程计算必须出汗率的指标 SREQ 指数（ISO7933）[7][8]，该指标

是由热应力指数 HSI 和热应变指数 ITS 等发展起来的，该方法计算人体与环境的

热交换，通过人体热平衡方程计算人体表面出汗蒸发能力，通过蒸发可以使得人

体达到热平衡状态，该指标不仅仅考虑到客观环境因素，还考虑到了人体状况，

是一个综合评价指标，其主要的影响因素有室外环境、新陈代谢、衣着热阻、人

体姿势等，而这些影响因素在人体热平衡方程中都有着重要的作用，而这种方法

在其他指标上未见体现；然后是人体生理学指数（ISO9886）[9]，该指标是从人体

生理特性的角度去评价环境，在极端热环境中，衡量人体的生理应力指标是十分

必要的，该标准主要是评价人体核心温度，人体皮肤温度，心率和质量损失等生

理指标对人体影响的方法，标准提供了测定和分析人体核心温度的原则和指导，

世界卫生组织 WHO 建议，人体体温不宜超过 38℃，口腔温度不宜超过 37.5℃，

当心率达到 100～110 次/min，人员需要休息，否则就会影响人体健康，当人体失

水率到 1.5％～2％，人体热容忍能力开始下降，当失水率达到 5％，就将危害到健

文档加载中……请稍候！
如果长时间未打开，您也可以点击刷新试试。

下载文档到电脑，查找使用更方便

15 积分 4人已下载

立即下载 VIP免费下载

喷雾降温技术适用性及热环境研究.pdf

共71页,预览8页

还剩页未读，继续阅读

喷雾降温技术适用性及热环境研究

相关推荐

开通VIP享超值会员特权

作者详情

相关内容

推荐作者

热门标签

举报选择: