第1页共5页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共5页土壤表面温度对室外热环境的影响分析罗庆，李楠，丁勇，刘红重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室摘要：本文针对城市化过程中非透水性材料的使用，加速了室外热环境恶化的情况，研究了典型的天然透水性材料－土壤在不同含水率情况下的动态温度分布情况，实验和模拟分析结果表明含水土壤的表面温度要比干燥土壤温度低3－5℃，充分证实了透水性材料对室外热环境的温度调节功能。关键词：土壤；含水率；传热机理；室外热环境；1研究背景随着经济的发展和城市化进程的加快，许多城镇逐步被钢筋混凝土房屋、大型基础设施、各种不透水的场地和道路所覆盖，构成城市不透水下垫面。根据美国芝加哥、洛杉矶等10个大城市的统计，市内不透水下垫面占全市总面积的72.7%，北京不透水下垫面比例约为77%，上海不透水下垫面更是高达80%以上，世界上的主要城市不透水下垫面大都在50%以上【1】。城市化过程中出现的这些不透水下垫面，给城市室外热环境带来了许多负面影响：（1）不透水下垫面缺乏透水性，雨水不能渗入地下，致使不能直接给下垫面降温；（2）不透水下垫面缺乏透气性，极大地减少了水在下垫面中的蒸发空间，减少了与空气的热量的交换，缺乏对城市地表温度的调节能力；（3）不透水下垫面面积较大，降雨后雨水很快从排水管道流失，因此在城市中可供蒸发的水分少，其获得的净辐射用于蒸发的潜热源少，所以用于城市地表和空气升温的热量增多，这些都会严重损害室外热环境【2】。目前，对透水性材料的研究主要集中在透水性能方面，国内外的许多学者【3－7】从透水性材料渗透系数的影响因素及其形成机制进行了大量的研究，总结出影响透水性材料渗透系数的主要因素：材料的孔隙率、孔隙大小和孔隙的连通情况等，并针对透水性材料对地下水体、生态环境、道路安全等方面进行了研究。但是，这些研究工作缺乏透水性材料对温度调控能力方面的研究。本文针对建筑室外广泛存在的透水性材料─土壤作为研究对象，研究在不同土壤含水率情况下，土壤表面温度分布情况。由于土壤表面温度对室外热环境产生最直接、最重要的影响，只要知道了表面温度的高低，就可以知道其对室外热环境的影响程度。2实验分析土壤含水量的指标，用土壤含水量表示，又称土壤含水率，常用的表示方法有：①重量含水率，即土壤中水的重量与烘干后土壤固体重量的百分比；②体积含水率，即土壤水分体积占土体总体积的百分比。本文为了方便，采用了重量含水率的定义，分别对0%，10%和30%三种情况做了对比研究。实验过程中，取重庆地区典型的红色砂土样品，充分烘干，取出样品，称取样品1.5Kg，分成相同的三份，每份0.5Kg，对其中两份分别添加50ml和150ml的水，并充分均匀混合，然后采用容器固定性状，固定后的性状为直径20cm，厚度为5cm的圆盘型，这样构成了含水率分别为0%，10%和30%的土壤样品，如图1所示。对这三个样品表面采用相同的热源进行加热（100W/m2），同时保持其余表面与本研究得到国家“十一五”科技支撑计划[2006BAJ02A02]和重庆市自然科学基金[CSTC,2007BB4131]的支持。第2页共5页第1页共5页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共5页周围空气进行自然对流换热，周围空气温度维持在28.4℃。0%含水率10%含水率30%含水率图1：实验土壤样品图2是不同含水率土壤表面温度分布，图中明显的分为两个温度区域：第一区域，主要是干燥土壤，第二区域是含水土壤，两者存在明显的温度差异，温差在3－5℃之间，引起的主要原因是含水土壤在相同热源情况下，存在水分的蒸发相变作用，由于水的相变过程的吸热量是液态水吸热量的700多倍，因此，在含水土壤中有充分的能力吸收热量，并通过水的相变过程，将热量散发出去，从而维持土壤表面温度在较低的状态下，实现对室外热环境的调节功能。图2：不同含水率土壤表面温度分布3传热数学模型及模拟分析由于研究对象无内热源,根据实测的原型，可以建立三维非稳态传热模型，并对含水土壤考虑其水蒸发作用的影响，传热模型可以表达为：∂t∂τ=λρc(∂2t∂x2+∂2t∂y2+...
