1.热环境模拟模型建立
本文选取石家庄铁路职业技术学院新校区为例开展研究，石家庄地处河北省中南部，其地区处于半湿润半干旱气候，气温较大，夏季高温闷热，年均气温13.3℃，最高温42.9℃，最低温-19.8℃。在石家庄进行热环境评价时，需要选择合适的指标来反映当地的热环境特点。平均辐射温度作为一个敏感的指标，能够较好地反映出地表热环境的特点。
选择Fluent作为模拟工具，建立模拟模型。进行网格划分时，因为人们一般在近地面活动，将近地面空间的网格精细化，设置横向边界条件，弥补模拟边界处数据不完整的问题。
2.模拟分析
根据室外人群活动的高峰，模拟的时间选择夏日的6月2日9时至18时作为研究区间。
2.1典型材料的选取与实验设计
通过资料查询，建筑多为砖或混凝土与砖结合，所以选择砖为对照组的立面材料。地面分为地块与道路，道路主要是混凝土和沥青，地块主要以混凝土为地面。因此，选择灰色混凝土作为地表材料。浅色混凝土为实验组一的唯一变量；深色混凝土为实验组二的唯一变量；玻璃为实验组三的立面变量。具体材料选取见表1。
表1 典型材料选择方案
2.2 基准组热环境分析
基准组的热环境状况，从总体上来说，区域内的过热部分主要存在于建筑密集且不透风的区域，这是因为高密度不透风的建筑会使得热量无法通过风的流动来传递。阴影处的平均辐射温度相较于无阴影处有很大的降低，这说明避免太阳直射可以有效的降低室外空间的热负荷。而通过观察整个地区在不同时间点的平均热辐射温度，可以发现，日出之前整个地区的平均辐射温度都较低；而日出以后受到太阳照射以后，温度开始升高，人体活动高度（1.5m）处平均辐射温度升高4℃左右，太阳直射处温度比阴影处温度高出6℃左右，而随着时间的推移，温度持续升高。正午时分部分区域达到最高温度50℃。下午14、15时是全天温度最高的时间，从15时之后温度开始逐渐降低。下午17时时，总体温度情况相较于中午下降很多，总体在33℃左右。
图1 基准组热环境模拟云图
2.3 实验组与基准组对比分析
2.3.1 实验组一与基准组对比分析
实验组一与基准组的区别是地表改为浅色混凝土。通过模拟，实验组一的整体平均辐射温度大于对照组平均辐射温度，两组在同时间最大温差7℃。日出以后，实验组一平均辐射温度快速升高，阳光直射部分达到50℃。但建筑阴影的存在，使部分区域温度则在45-55℃之间。中午时分，区域大部分都达到38℃。下午以后，区域降温明显，区域内整体气温在32-35℃。
在垂直方面，选取下午14时为例，可以发现实验组一与对照组存在着相同的平均辐射温度分层情况，但是实验组一要比基准组高出4℃左右。屋顶高度处的温度比近地面高度温度处低，这主要是因为在屋顶高度处有额外的风压促进热量散失。
2.3.2 实验组二与基准组对比分析
日出后，实验组二的建筑增温速度比实验组一缓慢了6-7℃。这是因为实验组二用的深色混凝土，有更高的吸收率和比热容，吸收热量后，反射至近地面区域的热量减少，导致室外平均热辐射温度相较于实验组一有所降低。在白天的主要时段，实验组二的平均辐射温度比对照组低，最大差距为4℃。值得注意的是，空间靠近建筑物区域存在更大的温度差异。
2.3.3 实验组三与基准组对比分析
实验组三的唯一变量是外墙材料改为玻璃，经过对实验组三和基准组的辐射温度进行比较，可以发现实验组三的平均辐射温度相比对照组要低1-6℃。在不同的时间段中，每个小时的结果也存在较大的区别。具体表现为，日出后实验组三的整体温度相比基准组要更低，而下午时分实验组三的散热效果比对照组更好。日出后，由于建筑物中的玻璃具有高穿透率，太阳的短波辐射能够穿透进入室内，降低室外空间的热辐射。下午太阳短波辐射的减弱，地面吸收了短波辐射后向外发射出长波辐射。由于大面积的玻璃，长波辐射可以穿透并成为散热渠道，因此室外空间的平均温度也会降低。 玻璃的高穿透率可以让室外的平均辐射温度降低，但也会导致室内平均辐射温度升高，从而牺牲了室内的舒适度。
3.结论
通过对石家庄铁路职业技术学院新校区室外平均辐射温度随时间变化的模拟分析，得出相关结论：
(1)在地面采用低吸收率、高反射率的材料对提高室外平均热辐射温度有显著的效果；该材料在升温和冷却过程中，可加速地表温度的变化，快速改变区域温度和空气中的热量。
(2)通过利用具有高吸收系数和低反射系数的地面材料来调节室外环境的温度，因为这种材料与其他材料相比，具有较慢的温度变化速度。这种方法能够降低区域的平均辐射温度，并减缓平均辐射温度的变化速率。
(3)不同地面材质对气温仅有局部影响，不会改变其空间分布。在外墙材料相同的情况下，建筑物顶部表面是最冷的地方，温度从顶部逐渐向下升高，直到接近地面位置达到最高点。
(4)建筑物立面对户外热环境产生了复杂的影响。大面积的玻璃，长波辐射可以穿透并成为散热渠道，因此室外空间的平均温度也会降低。
参考文献：
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