建筑墙体绿化热工性能分析

建筑墙体绿化热工性能分析

韩鸿丞

四川大学，四川成都610065

摘要：我国对于建筑墙体绿化的数值模拟做得较少，本文采用CFD计算流体动力学软件对建筑墙体绿化的热工性能进行模拟，通过对建筑墙体绿化前后相关参数的热工性能模拟分析和对比，探讨影响墙体绿化热工性能的主要因素和影响情况，为建筑热工设计及建筑设计提供参考。

关键词：建筑;绿化墙体;热工;

建筑墙体绿化热工模拟需要选择房间在规格、朝向全要一致，且上下层之间，左右房间之间的尺寸一致，所以本次模型的建立选取了具有代表性的房间,所选房间的位置为建筑西面二层西外墙绿化的房间和西外墙裸露的房间作为模型，建筑结构为普通砖混结构。

模型1:X轴向西方向，为房间的进深尺寸6M；Y轴向南，为房间的开间尺寸4.2M；Z轴为房间的层高3.0M，西外墙无绿化层覆盖，墙面裸露于太阳辐射之下。

模型2:X轴向西方向，为房间的进深尺寸6M;Y轴向南，为房间的开间尺寸4.2M，Z轴为房间的层高3.0M，西外墙有绿化层，绿化层与墙体外表面距离为3CM，绿化层厚度为5CM。

在用CFD软件模拟中，植物绿化层的主要参数和变量如下：绿化层密度：[kg/m3]，绿化层吸收率：，绿化层导热系数：[W/(m·k)]，绿化层比热容：[J/(kg·k)]

因为绿化层热工性能的因素很多，如在模块式墙体绿化中，更换了植物种类，不同植物因为叶片密度，含水率、吸收率等等因素的变化均可引起绿化层的密度、导热系数、比热容等数值的变化，同样同种植物在不同的生长期均也会影响植物层的热工参数，不论植物种类、大小、种植密度、生长阶段等产生了何种变化，均会最终体现在其热工参数的变化上，所以我们必须要知道绿化层相关参数变化对其传热性能有什么样的变化和影响。

现讨论在模型2的模拟分析中，当上述绿化层的某个参数或者变量发生了变化，而除了这个参数以外的其他参数不变，分别对此发生变化的参数进行模拟计算，求出墙体外表面温度、内表面温度、室内空气平均温度并比较分析如下：

（1）绿化层密度对墙体绿化传热性能影响分析

当仅绿化层的密度发生变化，分别取值为：300kg/m³、400kg/m³、500kg/m³、600kg/m³、700kg/m³时，软件数值模拟结果如下：

密度表示物质单位体积的质量，通过CFD软件模拟计算结果可知，当绿化层密度增大时，墙体外表面、墙体内表面及室内空气平均温度均逐渐降低，说明其他条件不变时，绿化层密度越大，其对建筑降温节能性能越明显。

（2）绿化层吸收率对墙体绿化传热性能影响分析

当仅绿化层的吸收率发生变化，吸收率分别取值为：0.5、0.6、0.7、0.8、0.9时，软件数值模拟结果如下：

热吸收率是指投射到物体上的热射线，其中被吸收的能量与投射的总能量之比。能吸收全部射线的物体为黑体，其吸收率为1。实际物体的吸收率均小于1，它取决于物体表面的材料、粗糙程度和温度并与所接受的热射线的波长范围及入射角有关，吸收越大则透射越小。

通过CFD软件模拟计算结果可知，当绿化层吸收率增大时，墙体外表面、墙体内表面及室内空气平均温度均逐渐降低。

（3）绿化层导热系数对墙体绿化传热性能影响分析

当仅绿化层的导热系数发生变化，导热系数分别取值为：0.1、0.2、0.3、0.4、0.5时，软件数值模拟结果如下：

导热系数表示在稳定传热条件下，1M厚的材料，两侧表面的温差为1K,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量。绿化层导热系数又与绿化层的结构、密度、含水率、温度等因素有关。一般密度越低，导热系数较小，绿化层的含水率越低、或温度越低时，其导热系数越小。

通过软件模拟计算可以看出，墙体内外表面及室内温度是随着绿化层导热系数的升高而升高，因为导热系数越大，则相同情况下，通过绿化层传入的热量越多，各个界面的温度必然越高。

（4）绿化层比热容C对墙体绿化传热性能影响分析

当仅绿化层的比热容发生变化，比热容分别取值为：1400J/（kg·k）、1600J/（kg·k）、1800J/（kg·k）、2000J/（kg·k）、2200J/（kg·k）时，软件数值模拟结果如下：

比热容C表示单位质量物体改变单位温度（1K或1℃）时的吸收或释放的内能。比热容是表示物质热性质的物理量。当绿化层的比热容增大时，即表示其升高1K所吸收的热量愈多，则通过绿化层传入墙体及室内的热量就越少，故墙体内外表面及室内的温度就随着绿化层比热容的增大而降低。

总结：墙体绿化后的热工性能受植物层各种因素影响较大，植物的种类、植物的生长期、叶片密度、含水率等均会对植物的热工性能造成影响，但是无论植物层的这些因素发生了什么影响最终均是导致其主要热工参数的变化和影响，通过软件模拟分析得出：当其他参数不变时，墙体内外表面及室内温度均随绿化层密度的升高而降低，即绿化层的密度越大，其降温作用越大；当其他参数不变时，墙体内外表面及室内温度均随绿化层吸收率的升高而降低，即绿化层的吸收率越大，其降温作用越大；当其他参数不变时，墙体内外表面及室内温度均随绿化层导热系数的升高而升高，即绿化层的吸收率越大，其降温作用越差；当其他参数不变时，墙体内外表面及室内温度均随绿化层比热容的升高而降低，即绿化层的比热容越大，其降温作用大。