屋頂綠化種植土有效導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算方法-鄭澍奎

輕型屋頂綠化種植土

有效導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算方法西華大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院鄭澍奎重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院唐鳴放2010.9研究背景實(shí)驗(yàn)計(jì)算模型結(jié)論內(nèi)容研究背景

目前在評(píng)價(jià)屋頂綠化種植層（土壤層+植物冠層）的熱物性，通常采用一段時(shí)間測(cè)試的等效熱物性進(jìn)行評(píng)價(jià)。最常見為等效熱阻評(píng)價(jià)。（資料來(lái)源：）研究背景種植土作為屋頂綠化的主要構(gòu)造層，其導(dǎo)熱系數(shù)直接影響種植層的等效熱阻。土壤濕度對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)影響很大。由于水分入滲和蒸發(fā)脫水，種植土的含濕量具有很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性?，F(xiàn)有動(dòng)態(tài)模型綠化屋頂綠化層在連續(xù)晴天自然條件下的蒸散脫水過(guò)程的質(zhì)量變化研究背景等效熱阻評(píng)價(jià)的缺點(diǎn)：采用經(jīng)過(guò)平均化處理的單一等效熱物性數(shù)據(jù)，無(wú)法全面反映綠化層熱特性的動(dòng)態(tài)特性。無(wú)法區(qū)分土壤層與植物冠層在能量傳輸中的作用，缺乏對(duì)植物、種植土壤選用的指導(dǎo)性。研究背景影響散體有效導(dǎo)熱系數(shù)的因素除了含水量，還有散體顆粒之間孔隙形狀、尺度等表征孔隙的參量。種植土為典型的多孔材料——散體。表觀密度小孔隙率大有機(jī)質(zhì)含量高多種有機(jī)、無(wú)機(jī)質(zhì)混合輕型屋頂綠化選用種植土特點(diǎn)研究背景輕型屋頂綠化種植土研究背景輕型屋頂綠化種植土研究背景已有的多孔材料導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算模型大多只考慮單一固體成分，孔隙部分多簡(jiǎn)化為飽和含濕，或絕干狀態(tài)，與處于自然條件下種植土的實(shí)際情況差異很大?，F(xiàn)有的土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)模型多以密度較大的黏土、凍土為研究對(duì)象，得到的經(jīng)驗(yàn)公式不適用低密度的種植土。有效導(dǎo)熱系數(shù)模型中的參數(shù)多，不易測(cè)定，不便于工程應(yīng)用。

研究背景含濕種植土有效導(dǎo)熱系數(shù)模型(Vershinin)僅適用土壤表觀密度：1100-1500kg/m3

體積濕度：4%-25%模型中表觀密度是變量，比熱容不易測(cè)量。含濕土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)線性模型

：實(shí)驗(yàn)測(cè)定的線性系數(shù)：含濕狀態(tài)的有效導(dǎo)熱系數(shù)：為絕干散體的導(dǎo)熱系數(shù)：重量濕度利用上式推算種植土的有效導(dǎo)熱系數(shù)，必須先測(cè)定種植土絕干時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)與線性系數(shù)。在工程應(yīng)用中，由于干表觀密度相對(duì)容易測(cè)定，導(dǎo)熱系數(shù)不易測(cè)定，上式不便于工程中應(yīng)用。研究背景實(shí)驗(yàn)表1種植土試樣配制比例及表觀密度干表觀密度試樣編號(hào)配制材料體積比1#泥炭土細(xì)沙膨脹珍珠巖80810.2922#泥炭土10.2043#菌包土10.2544#菌包土沙土410.3945#菌包土沙土110.5926#泥炭土細(xì)沙膨脹珍珠巖401010.393實(shí)驗(yàn)種植土試樣內(nèi)種植佛甲草，經(jīng)約6個(gè)月自然生長(zhǎng)和自然沉降得到測(cè)試用種植土。為減小導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試過(guò)程中因濕遷移效應(yīng)而產(chǎn)生的偏差，采取測(cè)試時(shí)間短的非穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法。考慮入滲過(guò)程時(shí)間短，種植土內(nèi)部含濕均勻性差，取自然蒸散脫水過(guò)程進(jìn)行測(cè)試。有效導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)測(cè)值與重量濕度的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)含濕土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)線性模型干表觀密度大線性系數(shù)K大計(jì)算模型構(gòu)造線性系數(shù)函數(shù)、絕干狀態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)函數(shù)為：

：種植土絕干狀態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)：種植土干表觀密度：重量濕度計(jì)算模型種植土有效導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算模型：

隨機(jī)選取自然氣候條件下種植時(shí)間超過(guò)2年的屋頂綠化種植土（干表觀密度為568kg/m3），測(cè)試其在不同含濕量下的導(dǎo)熱系數(shù)，并與模型推算值比較，結(jié)果見下表。實(shí)測(cè)值模型推算值重量濕度102.8%87.0%76.1%58.8%36.3%10.6%8.1%1.1%0.0%0.8040.6520.5800.4330.2730.1080.0970.0800.0800.7610.6510.5760.4560.2990.1210.1040.0550.048模型驗(yàn)證：計(jì)算模型圖21#試樣模型推算結(jié)果與實(shí)測(cè)值比較圖32#試樣模型推算結(jié)果與實(shí)測(cè)值比較圖43#試樣模型推算結(jié)果與實(shí)測(cè)值比較圖54#試樣模型推算結(jié)果與實(shí)測(cè)值比較圖65#試樣模型推算結(jié)果與實(shí)測(cè)值比較圖76#試樣模型推算結(jié)果與實(shí)測(cè)值比較計(jì)算模型應(yīng)用輕型屋頂綠化種植土一般選用濕密度在450~650的無(wú)機(jī)復(fù)合種植土，為保證草本類植物正常生長(zhǎng)，種植土控制含水量在一定的范圍，無(wú)機(jī)復(fù)合種植土物理參數(shù)模型，推算得到種植土有效導(dǎo)熱系數(shù)為0.134~0.216?！斗N植屋面工程技術(shù)規(guī)程》(JGJ155-2007)中無(wú)機(jī)復(fù)合種植土導(dǎo)熱系數(shù)推薦值為0.046，更接近于絕干狀態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)，數(shù)據(jù)偏小，不能反映不同干表觀密度種植土與不同含濕量對(duì)復(fù)合種植土有效導(dǎo)熱系數(shù)的影響。結(jié)論建立了一個(gè)含濕種植土的有效導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算模型，模型參數(shù)少，便于工程應(yīng)用。用于低表觀密度的復(fù)合種植土有效導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算，具有較高的準(zhǔn)確性性。依據(jù)《種植屋面工程技術(shù)規(guī)程》(JGJ155-2007)