屋顶绿化种植土有效导热系数计算方法-郑澍奎

轻型屋顶绿化种植土

有效导热系数计算方法西华大学建筑与土木工程学院郑澍奎重庆大学建筑城规学院唐鸣放2010.9研究背景实验计算模型结论内容研究背景

目前在评价屋顶绿化种植层（土壤层+植物冠层）的热物性，通常采用一段时间测试的等效热物性进行评价。最常见为等效热阻评价。（资料来源：）研究背景种植土作为屋顶绿化的主要构造层，其导热系数直接影响种植层的等效热阻。土壤湿度对导热系数影响很大。由于水分入渗和蒸发脱水，种植土的含湿量具有很强的动态性。现有动态模型绿化屋顶绿化层在连续晴天自然条件下的蒸散脱水过程的质量变化研究背景等效热阻评价的缺点：采用经过平均化处理的单一等效热物性数据，无法全面反映绿化层热特性的动态特性。无法区分土壤层与植物冠层在能量传输中的作用，缺乏对植物、种植土壤选用的指导性。研究背景影响散体有效导热系数的因素除了含水量，还有散体颗粒之间孔隙形状、尺度等表征孔隙的参量。种植土为典型的多孔材料——散体。表观密度小孔隙率大有机质含量高多种有机、无机质混合轻型屋顶绿化选用种植土特点研究背景轻型屋顶绿化种植土研究背景轻型屋顶绿化种植土研究背景已有的多孔材料导热系数计算模型大多只考虑单一固体成分，孔隙部分多简化为饱和含湿，或绝干状态，与处于自然条件下种植土的实际情况差异很大。现有的土壤有效导热系数模型多以密度较大的黏土、冻土为研究对象，得到的经验公式不适用低密度的种植土。有效导热系数模型中的参数多，不易测定，不便于工程应用。

研究背景含湿种植土有效导热系数模型(Vershinin)仅适用土壤表观密度：1100-1500kg/m3

体积湿度：4%-25%模型中表观密度是变量，比热容不易测量。含湿土壤有效导热系数线性模型

：实验测定的线性系数：含湿状态的有效导热系数：为绝干散体的导热系数：重量湿度利用上式推算种植土的有效导热系数，必须先测定种植土绝干时的导热系数与线性系数。在工程应用中，由于干表观密度相对容易测定，导热系数不易测定，上式不便于工程中应用。研究背景实验表1种植土试样配制比例及表观密度干表观密度试样编号配制材料体积比1#泥炭土细沙膨胀珍珠岩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#泥炭土细沙膨胀珍珠岩401010.393实验种植土试样内种植佛甲草，经约6个月自然生长和自然沉降得到测试用种植土。为减小导热系数测试过程中因湿迁移效应而产生的偏差，采取测试时间短的非稳态测试方法。考虑入渗过程时间短，种植土内部含湿均匀性差，取自然蒸散脱水过程进行测试。有效导热系数实测值与重量湿度的关系

实验含湿土壤有效导热系数线性模型干表观密度大线性系数K大计算模型构造线性系数函数、绝干状态导热系数函数为：

：种植土绝干状态导热系数：种植土干表观密度：重量湿度计算模型种植土有效导热系数的计算模型：

随机选取自然气候条件下种植时间超过2年的屋顶绿化种植土（干表观密度为568kg/m3），测试其在不同含湿量下的导热系数，并与模型推算值比较，结果见下表。实测值模型推算值重量湿度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模型验证：计算模型图21#试样模型推算结果与实测值比较图32#试样模型推算结果与实测值比较图43#试样模型推算结果与实测值比较图54#试样模型推算结果与实测值比较图65#试样模型推算结果与实测值比较图76#试样模型推算结果与实测值比较计算模型应用轻型屋顶绿化种植土一般选用湿密度在450~650的无机复合种植土，为保证草本类植物正常生长，种植土控制含水量在一定的范围，无机复合种植土物理参数模型，推算得到种植土有效导热系数为0.134~0.216。《种植屋面工程技术规程》(JGJ155-2007)中无机复合种植土导热系数推荐值为0.046，更接近于绝干状态的导热系数，数据偏小，不能反映不同干表观密度种植土与不同含湿量对复合种植土有效导热系数的影响。结论建立了一个含湿种植土的有效导热系数计算模型，模型参数少，便于工程应用。用于低表观密度的复合种植土有效导热系数的计算，具有较高的准确性性。依据《种植屋面工程技术规程》(JGJ155-2007)