街區(qū)尺度室外熱環(huán)境三維數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，城市熱島效應(yīng)日益明顯。城市街區(qū)作為城市的重要組成單元，如何通過改善其熱環(huán)境，提高居住的舒適性、實(shí)現(xiàn)街區(qū)節(jié)能，成為街區(qū)開發(fā)者、設(shè)計(jì)者和居住者普遍關(guān)心的問題，對(duì)它的研究已經(jīng)成為城市熱島研究的重要組成內(nèi)容。城市街區(qū)熱環(huán)境問題是城市氣候、空間布局、下墊面等自然和人為因素綜合作用的結(jié)果，涉及多學(xué)科的研究領(lǐng)域。隨著以RS，GIS為代表的空間信息技術(shù)的發(fā)展，綜合交叉研究成為可能。本文試圖在前人基礎(chǔ)上，針對(duì)街區(qū)空間布局形態(tài)

2、和下墊面特點(diǎn)，利用多源數(shù)據(jù)，建立一個(gè)由數(shù)據(jù)—模型—模塊—系統(tǒng)—緩減功能集成的街區(qū)熱環(huán)境模擬可視化智能信息系統(tǒng)，指導(dǎo)街區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。本文以上述思想為基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究了以下幾個(gè)方面：
　　 首先總結(jié)了街區(qū)熱環(huán)境的研究背景和意義。然后通過對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展的評(píng)述，發(fā)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)街區(qū)室外熱環(huán)境數(shù)值模擬研究多限于單一學(xué)科的研究，缺乏進(jìn)行多學(xué)科交叉研究，數(shù)值模擬過程復(fù)雜。利用GIS技術(shù)，可以將模擬過程的各個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)為構(gòu)件，組成功能

3、完整的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)學(xué)科和技術(shù)手段的綜合，彌補(bǔ)上述不足，這正是本文的出發(fā)點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)。
　　 其次通過對(duì)夏季杭州城西港灣家園高層小區(qū)的室外熱環(huán)境實(shí)測(cè)，總結(jié)了街區(qū)室外熱環(huán)境三維空間分布特征。在此基礎(chǔ)上，分析了街區(qū)白天熱環(huán)境變化的主要影響因素及其內(nèi)在機(jī)理，并獲得了熱環(huán)境模擬的邊界條件和驗(yàn)證數(shù)據(jù)。
　　 第三，歸納了街區(qū)熱環(huán)境模擬的模型和數(shù)據(jù)體系。首先總結(jié)了街區(qū)尺度表面溫度和和氣溫耦合數(shù)值模型體系；其次構(gòu)建了GIS軟件的數(shù)據(jù)

4、體系，主要涉及各類數(shù)據(jù)的合理組織，為此需要獲得研究區(qū)域的氣象地理數(shù)據(jù)、空間建模數(shù)據(jù)、地物物理屬性數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)資料，主要是利用網(wǎng)絡(luò)搜索、到資料管理部門申請(qǐng)、實(shí)地調(diào)查等方式完成數(shù)據(jù)收集。
　　 第四，基于IDL平臺(tái)構(gòu)建街區(qū)熱環(huán)境數(shù)值模擬GIS系統(tǒng)。主要介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和各個(gè)功能模塊的組成。其中主要利用了高光譜遙感、地理信息系統(tǒng)(GIS)和計(jì)算機(jī)流體力學(xué)(CFD)等技術(shù)。通過IDL語(yǔ)言開發(fā)街區(qū)三維快速建模功能和實(shí)現(xiàn)空間信息的查詢和管理

5、；通過高光譜遙感技術(shù)識(shí)別街區(qū)建筑材質(zhì)，并為街區(qū)熱環(huán)境模擬提供材質(zhì)熱物理屬性參數(shù)；通過CFD技術(shù)實(shí)現(xiàn)街區(qū)三維熱環(huán)境模擬，將模擬結(jié)果可視化，并做簡(jiǎn)單的街區(qū)節(jié)能預(yù)測(cè)；最終整合各個(gè)功能模塊，構(gòu)建GIS系統(tǒng)。
　　 第五，以夏季炎熱的杭州城西港灣家園高層小區(qū)為例進(jìn)行三維數(shù)值模擬。主要利用遙感影像、規(guī)劃設(shè)計(jì)圖紙、建筑材料物理屬性和實(shí)測(cè)氣溫?cái)?shù)據(jù)等多維數(shù)據(jù)，通過街區(qū)空間快速建模和網(wǎng)格化，熱環(huán)境邊界類型和條件設(shè)置，求解設(shè)置等步驟，實(shí)現(xiàn)熱環(huán)境模擬。