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绿色屋顶性能研究-U30-NRC Onset气象站

 

保罗·D·沃尔夫,建筑尤金的俄勒冈部门的凯蒂Felver大学,OR,97403-1206 

 蓝色和绿色:城市屋顶绿化性能在靛蓝和蓝绿色建筑在俄勒冈州波特兰市的研究
图。1:靛蓝(12W)建设绿色屋顶,注意屋顶屏蔽和安装气象站

屋顶绿化是一种技术的使用提高世界各地及其对城市雨水缓解和保温效果可提高建筑物的性能; 然而,天气条件对这些性能的理想的效果。这项研究分析了两个不同的城市绿色屋顶在俄勒冈州波特兰市的热性能,水文特性,和底纹,太阳辐射对屋顶表面的影响。

气象站分别安装并记录如下:温度S-TMB-M002,S-TMB-M006,S-TMB-M017、土壤水分S-SMC-M005,S-SMD-M005、雨量S-RGA-M002,S-RGB-M002、S-RGC-M002,S-RGD-M002风速S-WSB-M003、风向S-WDA-M003,S-WSET-B、S-WCA-M003, S-WCF-M003气温和相对湿度S-THB-M002,S-THB-M008,光合有效辐射(PAR)S-LIA-M003,太阳总辐射S-LIB-M003,叶面湿度S-LWA-M003等。

经过短暂的测试期间,太阳照射被看作是显示出下降的散热性能; 车顶保持在树荫下一个比较正常的和较低的温度。高浓度接触到的天气可能会影响屋顶的水文性能。从一个屋顶放电显示了长达两天的滞后时间,说明成功的雨水缓解。

1.简介和背景

 绿色屋顶性能研究-U30-NRC Onset气象站
图。2:青色建筑物屋顶绿化

俄勒冈州波特兰市,已经闻名全市的承诺,环境和可持续发展的运动,已经开始处理的雨水径流和雨水管理方法,不断增长的问题。有必要,以防止倾倒双方雨水和污水进入威拉米特河,并最终通过哥伦比亚河太平洋污合流制溢流事件。环境服务波特兰局(BES)中列出的方法雨水管理,其中一个是绿色的屋顶,或生态屋顶(1)。随着捆绑在波特兰的表面面积的20%,屋顶绿化呈现减少雨水径流和污合流制溢流事件的逻辑和潜在的有效方法。除了 雨水管理的效益,生态屋顶应有助于降低屋顶表面温度和再辐射,潜在地鼓励当地生物群的渗透到原生态的死区,减少城市热岛效 应。绿色屋顶系统在城市环境的成效更好地了解是必要的,可以通过分析环境问题及其对屋顶绿化性能的影响来实现。

在这项研究中,波特兰市中心两个不同的屋顶,俄勒冈州进行了监测和分析。这些都是靛蓝大厦,也被称为12W,由ZGF建筑师和Gerding Edlen开发商,和青色大厦由THA建筑,GBD建筑师和Gerding Edlen开发。

表1:构建比较
  青大厦 靛蓝建筑
已完成 2009年秋季 2009年夏季
平米 378220 370000(约)
高低 16层 22层
屋顶绿化 6000(约) 4800(约)
LEED评级 金的 铂金(预期)

这两栋大楼拥有丰富的绿色屋顶。一个广泛的屋顶绿化是划分的是典型地景天,苔藓,草药小于6“和植物类型生长培养基的深度,和草(2)。

2.研究问题

2.1屋顶比较

靛蓝建筑广泛的屋顶绿化是顶楼,23层高的地,良莠不齐的土壤深度,遮阳和风力条件。相比之下,青色大厦广泛的屋顶绿化是建筑的一个三层楼的部分。它是在深度,阴影和风力条件一致,并且有比较成熟的植被。由于这个原因,在两个屋顶之间的直接比较将产生唯一的投机性的结论。相反,这项研究着眼于两个屋顶,但在使用每个屋顶的各个属性为契机,得出关于性能不同的结论不同的看法。这项研究的目的是贯穿全年将继续衡量顶板条件下在不同的季节,冬季多雨的影响比较干燥的夏天。

2.2靛蓝屋顶研究问题

在靛蓝建筑,屋顶绿化的条件下创造出各种在屋顶表面环境小气候。小气候有不同程度的遮光罩,其中包括近100%的太阳辐射暴露和接近100%的太阳阴影。两个气象站建立在这些对立的情况会产生,可以进行分析,以确定遮阳对屋顶绿化的性能影响的数据。这个比较的结果可用于理解放置建筑设施,设备,和光伏面板上的绿色屋顶表面的后果。

如何从太阳直接辐射的阴影影响降水的吸收,保温性能好,绿色屋顶的贮水率是多少?

2.3青色建筑研究问题

所提供的青色建筑屋顶绿化机会的同质性研究绿色屋顶的水文效应。使用一个气象站,降雨和随后的变化,在土壤中的水分含量可以监测,然后用来估计屋顶绿化的排出量。总绿化屋面径流的流量测量是不可能的,由于屋顶排水系统的建设,但可以使用一个简单的水量平衡公式来估算。

什么是屏蔽的,新的广泛的屋顶绿化在俄勒冈州波特兰市的气候带天气的影响呢?

使用简化的水文方程,什么是青色屋顶绿化的排放?

3.术语

景天:属代表近400种叶菜类多汁的; 范围从百草园到灌木,经常使用广泛的屋顶。

蒸散:失水从水文系统由于蒸发和植被类型。

放电:从水文系统外流。

4.方法

4.1设置和安装

在冬天开始,天气基站分别设置在单独的屋顶测量每个屋顶绿化的各种环保特性。

在靛蓝楼的楼顶, OnsetHOBO无线气象站U30-NRC,U30-GSM(RX3003-00-01),U30-ETH(RX3001-00-01),U30-WIFI(RX3002-00-01)进行安装。一站成立于接近100%的太阳直接照射,一个站成立了近100%的遮阳。遮光率,建立了使用Solmetric Suneye。津贴被做了100%的阴影气象站的选址,以便保持电池所需的光伏板充电暴露在阳光直射下的部分在期间的每一天某一时刻。

表2:测量参数
参数/传感器 单位
土壤水分 立方米/立方米
风的速度 英里
降水 英寸
土壤温度 F
环境温度 F
相对湿度

一旦天气站和三脚架M-TPB-KIT分别设置有适当的安装和固定设备,传感器被安装上和周围的气象站。从周围的屋顶设备和建筑特色,并没有从传感器排除干扰范围,因为它们是不可或缺的屋顶组件,从而影响到屋顶绿化(图1)。土壤温度S-THB-M002和土壤湿度S-SMC-M005传感器被放置在彼此的直接附近,并在相对的顶板的生长培养基内相同的深度(1“)。这样做是为了确保读取返回的来自传感器将适用于一个另一回事。

上的青色建筑,所用的基站是一个起始HOBO气象站U30-NRC,U30-GSM(RX3003-00-01),U30-ETH(RX3001-00-01),U30-WIFI(RX3002-00-01)。所有相同的传感器被用来与U30-NRC和安装中相同的方式与前面列出。

4.2日志和数据提取

一旦所有的天气观测站已经成立,并提出安全,他们才能开始记录数据被发起。在两种情况下,预先配置的设置采用1分钟,记录时间,加载到使用记录仪HOBOware BHW-PRO-CD和一台笔记本电脑。这是在该领域进行。对于U30-NRC,U30-GSM(RX3003-00-01),U30-ETH(RX3001-00-01),U30-WIFI(RX3002-00-01),将组合体预装到用在实验室中HOBOware软件的设备,并设置有一触发(在此情况下,“登录”按钮上的单元的内部)。对于这两种类型的单元中,记录可以通过在该闪烁一次每隔30秒,以指示在登录过程中的单元的内部的LED指示器来确认。

数据可以被提取在粗糙的时间表,但仍可以与所有以前的和随后的数据集相比较。要提取数据,手持Onset U-DT-2用于U30-NRC和一台笔记本电脑是需要的U30。在情况下,便携式计算机连接到所述HOBOware软件BHW-PRO-CD。该软件会提示用户继续记录或停止。在这两种方法中,提示必须按顺序确定了记录仪继续记录。在所有的情况下所提取的文件应被备份在多个位置,以避免数据丢失。

1.数据分析

U30-NRC,U30-GSM(RX3003-00-01),U30-ETH(RX3001-00-01),U30-WIFI(RX3002-00-01),气象站收集的数据是已经在HOBOware格式而是从所获得的数据U-DT-2。读出的是使用一台计算机和HOBOware软件包中的U-DT-2设备下载。从HOBOware软件的数据能够以表的格式导出用于分析在Microsoft Excel中。图表和数据点的快速创建和Excel分析并用于随着时间的推移,以图表的变化的各个参数。

5.方法论

5.1初步意见和问题

最初的数据采集点是一个12天的期限从2010年2月8日(如果已安装并启动了气象站)到2月19日,2010年气象站进行校准以1分钟的间隔记录数据的所有传感器S-SMC-M005, S-THB-M008,S-TMB-M006, S-WSET-B, S-LIA-M003, S-LIB-M003,S-LWA-M003, S-RGB-M002, S-BPB-CM50等到单独的数据点,每分钟,包括时间/日期戳。收集到相对较短的12天期间的总量为414720独特数据点。只有那些天8被用于比较。

一旦收集和所有三个气象站的数据进行分析,一个有人提出对缺乏降水的变化; 具体而言,三个仪表读取0.00降水量S-RGB-M002为“降水在12天的时间在二月。简单的直觉表示,这是一个几乎不可能和美国地质调查局HYDRA数据波特兰的检查,俄勒冈州共有1.40指示”时间段。为了补充缺乏在个人气象站网站准确的降水资料,HYDRA降水资料是从一个网站的所有三个气象站的位置大约距离相等。HYDRA降水数据仅在1小时的记录,并提供了图形化结果反映了在现有数据这种差异。

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图。3:土壤水分,土壤温度和温度相对于降水环境。

5.2靛蓝建筑:阴影

从靛蓝建设两个气象站数据显示,100%的遮荫的两个条件,100%的太阳辐射照射之间有明确的区分。相对温度显示出一致的趋势,并且几乎都相同(图3),只有轻微的变化。

在关系时看到的环境温度(图4)用于画阴影的两个条件中的土壤温度S-THB-M002的差异是告诉。而环境温度的期间几乎相同,土壤温度显示趋势差异。土壤温度在遮阳条件显示类似的环境温度,但在大多数情况下,在较低的绝对温度的趋势。土壤温度在太阳辐射条件示出的倾向更迅速的变化,更高的绝对温度,和更靠近趋向于环境温度的数字。这可能是由于直接太阳辐射S-LIA-M003的屋顶的表面上的冲击。加入来自太阳的短波红外辐射S-LIB-M003引起的土壤的温度的更快速增加,甚至在约1“(温度传感器位置)的深度。

对于太阳辐射条件下的土壤水分S-SMC-M005含量呈高得多的土壤含水率比遮阳条件。这种差异可能是由于该物理屏障提供阴凉处有可用的沉淀(图1)的效果。然而,并非所有的阴影可以负责的土壤湿度较低的水平。当用于遮阳条件的曲线示出土壤水分含量被校正以满足太阳辐射条件曲线(图5),从而消除了大部分的物理差异,太阳辐射条件仍然显示出较高的土壤水分含量。校正数据显示,虽然水分含量不同,在两个条件,流入和流出的从屋顶的趋势是类似的。都显示增加水分期间和降雨后,然后在事件发生后的降低。该曲线简单满足的水分含量开始稳定(前2月15日)。这种趋势可以看出,在02月17日延长到稳定点和2月18日。除了 稳定点,在遮阳条件保留的时间并不比屋顶在太阳辐射条件下较长时间更多的水分。

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图。4:土壤温度相对环境温度。在遮光罩条件下的屋顶是慢变化的温度,并保持较低的绝对温度比太阳辐射条件。

 

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图。5:土壤水分相对于降水和纠正,以显示出类似的趋势点。在遮阳条件水分含量比太阳辐射条件下,即使当校正显示趋势。

它很可能是在加入太阳辐射的开始到更长时间无沉淀后更快地干出屋顶。

5.3青色建筑:天气影响

青色屋顶绿化位于三层以上的街道,距离所有的环境影响非屏蔽。屋顶收到完整的太阳辐射S-LIA-M003曝光(保存建筑的影子在下午),全阵风曝光,并充分析出涌入。作为屋顶的屏蔽性质。结果,许多天气变量具有在屋顶上的性能有潜在的水文影响。最值得注意的是这其中的潜力,风力影响植被和降水的蒸散率来影响车顶组件的潜在的洪峰流量和排水。

蒸散量可以受到许多不同的因素,包括相对湿度,土壤含水量,温度和风速。风速对非屏蔽屋顶的影响表现在屋顶的温度和土壤含水量。作为蒸散增大,在该土壤失去水分会增加,尤其是靠近表面的速率。图。图6显示了青色站的气象资料,并表示土壤水分率的变化时阵风速度明显增加(02月17日和2月18日)。土壤温度也表现不同阵风速度增加时。通常情况下,土壤温度趋势随着环境温度变化示出的增加的延迟时间。当在2月17日的阵风速度增加与一致性和2月18日(图6)土壤温度下降低于环境温度,但继续沿用环境温度的趋势。

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图。6:气象站测量的青色建设; 注意温度土壤相对下降到环境温度和土壤含水量阵风速度增加时。

5.4青色建筑:水文计算

基本计算,以确定一个屋顶绿化的峰值流量可以通过使用水平衡等式(图7)来完成。

Q = W + G  – (ET + G )±ΔS
图7:水量平衡方程(Q =放电,W =绿色屋顶可以通过水平衡降水做,杜松子酒=地下水流入,痛风=式地下水流量,ET =蒸散量,并ΔS=改变存储)

在一个典型的屋顶绿化,杜松子酒及痛风的情况下可以忽略不计,因为在一个封闭的系统中没有地下水流动(在独立灌溉施加屋顶绿化的情况下,杜松子酒应当取代有从灌溉净流入)。ΔS可以从土壤水分含量来计算。土壤水分含量测定体积:水每体积:土壤,因此可扩展到表示一个体积:水含量为整个屋顶。随着时间的推移这些值的变化代表了屋面系统的ΔS。

表3:水量平衡的变量
ΔS屋顶(立方公尺) 宽(m) ET顶板(米/天)
2.32920 0.005080 3.3444
2.03872 0.008636 3.3444
-0.65490 0.004826 3.3444
0.00000 0.001270 3.3444
0.36315 0.009144 3.3444
0.50968 0.005334 3.3444
-1.01930 0.001270 3.3444
-1.38251 0.000000 3.3444
-1.52900 0.000000 3.3444

表3示出,以便计算排放为屋顶的整个表面为变量的正确格式。在这种情况下,屋顶是557.4米2(6,000英尺 2)。

 

表4:青色屋顶绿化放电
日期 雨(毫米) QW ET +ΔS(立方公尺 /日)
2月10日 5.08 -1.0100824
2月11日 8.64 -1.297044
2月12日 4.83 -3.9945128
2月13日 1.27 -3.34313
2月14日 9.14 -2.972109
2月15日 5.33 -2.829386
2月16日 1.27 -4.36249
2月17日 0.00 -4.726907
2月19日 0.00 -4.87344

表4示出之间的放电延迟时间和沉淀明确的相关性。延迟时间为青色屋顶是一至两天。在这种情况下,屋顶被有效地执行雨水减轻的主要功能。

因为带测量的ET率的系统中没有物理变化对环境是可能在ET速率方程可被估计,并用作一个常数时间t的并发症。在这项研究中的0.6毫米/米的速率2 /天(0.0022“/英尺2 /天)用作对ET常数(6)。

6.结论

6.1靛蓝大厦结论

靛蓝建筑,在2009年秋季完成,有一个新的绿色屋顶。植被还没有来完全成熟,因此只涉及实际的绿色屋顶表面的一部分。这一事实使得一些水文结论很难挣钱的时候,满水文系统还没有完全到位。太阳辐射的屋顶上的影响,仍然可以然而确定,并作为测量数据仅施用于土壤本身,这是双重真。

使太阳能辐射具有在屋顶上性能产生影响是从呈现的数据清楚,但产生的影响是不同的结果,取决于屋顶绿化起着建筑系统的主要作用的。太阳辐射影响屋顶的热性能如温度波动更随时间比该全色光。

绿色屋顶在阴影和无阴影条件下的沉淀吸收数据是因为缺乏实际的降水资料的过程中,我们收集的数据的时间段的具体位置尚无定论。的HYDRA数据的替代显示,屋顶绿化中的两个条件相对于不同的环境因素的总趋势,但未能显示超具体的数据来降水影响色光和辐射的不同位置。最终,这一切都证明了半有用的阴影屋顶绿化的沉淀吸收完全取决于阴影的类型。设备和建筑物将有小到垂直降水没有影响,而水平安装光伏阵列将会对垂直降水减少近100%。

这是从阴影的位置也遇到降水少的数据清除。土壤含水量表示之多。土壤湿度数据也表明了更高的滞后时间的水在屋顶绿化的放电; 屋顶暴露于太阳辐射鸡舍水更快。这很可能增加蒸散的结果以及较高的土壤温度。时间段所测试的时间,如果屋顶的主要目的是减轻雨水,遮光可能不利于这一任务,而且实际上可能妨碍在这方面的性能。

6.2青色大厦结论

聚集在青色建筑屋顶绿化的天气数据似乎表明相对风速和土壤中的水分含量几个趋势。这些趋势可能是由于增加的风速提高蒸发量的结果,或者他们可能仅仅是土壤水分的自然调节,由于缺少雨水,增加排放。进一步的数据,在一段较长的时间是需要的充分理解风的影响是对土壤水分。

风似乎已经对土壤温度的影响更为直接和数据支持的结论是,增加风速减小屋顶绿化的土壤温度。这对非屏蔽屋顶和其潜在的热保护的影响。在较热的夏季,当需要热绝缘,这可能是有益的。然而,在冬季,当热损失需要被否定,屋顶的冷却可能有负面影响。

水文数据为青色屋顶展示了一种有效地执行减缓雨水的主要作用屋顶绿化。放数据(表4)示出的大约1.5至2天大降雨事件和与雨事件相关的增加的放电之间的延迟。在一个普通的屋顶这种放电将是立竿见影的。添加到该方程的事实,即青色建筑物捕获和过滤器几乎所有从屋顶绿化的放电和净结果是有希望的为屋顶绿化的雨水缓解的潜力。

同样,除了更精确的降水资料将有助于确保在水文计算更加精确。

 

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