專利名稱：以水代電大范圍降低氣溫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
1所屬技術(shù)領(lǐng)域?yàn)榻档拖募具^高的氣溫，迄今人們通常系采用在室內(nèi)安裝各種空調(diào)設(shè)備以降低建 筑物內(nèi)部的氣溫。根據(jù)空調(diào)裝置工作原理，傳熱介質(zhì)必須在壓縮泵驅(qū)動下才能在阻力極大 的管道內(nèi)循環(huán)流動，從而才能將熱量由低溫處遷移到高溫的室外，因此這是一種以昂貴的 電能為驅(qū)動力將室內(nèi)熱量近距離的遷移到室外進(jìn)行室內(nèi)局部降溫的工作方式，并且在調(diào)節(jié) 室內(nèi)氣溫的同時(shí)必然會同時(shí)使室外氣溫有所增加從而會造成對周圍環(huán)境嚴(yán)重的熱污染。根據(jù)傳熱原理的分析太陽輻射到地表的熱量實(shí)際上大部分系通過地表水分的汽 化，上浮，水蒸氣在高空冷凝時(shí)的二次相變方式直接返回太空。為此本方案中提出采用遠(yuǎn) 較電力資源豐富，價(jià)廉的水分作為傳熱介質(zhì)，通過在開放的大氣層空間中的大規(guī)模噴水蒸 發(fā)降溫方式進(jìn)行環(huán)境的整體降溫，通過在市區(qū)快速道路，主干線道路上方的噴水直接大規(guī) 模吸取地表熱量以進(jìn)行水分的蒸發(fā)汽化，并通過比重較輕的水蒸氣的自然上浮，將地面熱 量迅速攜帶到高空并輻射向外太空，從而達(dá)到在比較大的市區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行整體性的降溫目 的。這是一種不必依靠電力驅(qū)使傳熱介質(zhì)在阻力極大的管道內(nèi)循環(huán)流動的降溫工藝過程， 從而能以比較低廉的成本達(dá)到降低整個市區(qū)范圍內(nèi)的氣溫，并從而能同時(shí)達(dá)到降低市區(qū)范 圍內(nèi)空調(diào)裝置的運(yùn)行負(fù)荷以達(dá)到大幅度降低市區(qū)高溫時(shí)期空調(diào)用電量的目的。因此用水分 的大規(guī)模蒸發(fā)吸熱以降低噴水管網(wǎng)覆蓋范圍區(qū)域內(nèi)及其周圍一定縱深范圍內(nèi)的環(huán)境溫度 顯然具有巨大的節(jié)電及環(huán)保優(yōu)勢。在本方案中系采用價(jià)值較低廉的水分替代昂貴緊缺的空 調(diào)用電，以同時(shí)改善整個市區(qū)范圍內(nèi)居民生活環(huán)境為目的。本發(fā)明本質(zhì)上是為了解決在城 市化過程中由于地面植被大規(guī)模減少從而使地面水分蒸發(fā)量也同步性大規(guī)模減少所引發(fā) 的市區(qū)范圍內(nèi)氣溫升高的現(xiàn)象。目前這仍是一個前人尚未涉足的在開放式地區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行 大范圍整體降溫的發(fā)明領(lǐng)域，故并無可供參考的對比背景技術(shù)文獻(xiàn)。
背景技術(shù)：
2.背景傳熱過程的研究表明由于大氣層具有透明體的本質(zhì)，因此到達(dá)地表的大部分太陽 輻射熱應(yīng)該主要是通過地表水分的二次相變方式直接返回太空。到達(dá)地表的太陽輻射熱首 先使地表水分汽化，水蒸氣上浮到高空冷凝時(shí)則以質(zhì)點(diǎn)的輻射方式釋放其汽化潛熱并同時(shí) 相變?yōu)槠≡谠茖又械囊旱巍Ｋ魵庠诟呖绽淠龝r(shí)按點(diǎn)輻射方式釋放潛熱時(shí)面向地表的大 部分輻射將重新返回地表，而背向地表的輻射熱部分則直接進(jìn)入太空，是為水分在大氣層 中的傳熱過程。就傳熱機(jī)理而言，水分是自然界中最為優(yōu)秀的載熱介質(zhì)，水分在蒸發(fā)氣化過 程中能從所接觸的周圍物體中吸收大量熱量。水的相變潛熱很大，1公斤15°C的液態(tài)水變 成15°C的水蒸氣時(shí)所需吸收的汽化潛熱高達(dá)2465. 1千焦/公斤[1]P. 196，這熱量值相當(dāng) 于使重達(dá)2465. 1公斤的空氣降溫1度所釋放出的熱量。而且水蒸氣的比重遠(yuǎn)小于空氣，在 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣比重為0. 81公斤/立方米，而空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下比重為1. 293公斤/立 方米[2]P. 203。因此水蒸氣在浮力作用下會攜帶著巨大的氣化潛熱以及周圍熱空氣一起上浮到高空。因此無論是自然界植物的蒸騰水分作用還是直接采用人工噴水蒸發(fā)后產(chǎn)生的水 蒸氣上浮作用均具有能通過水分的蒸發(fā)吸熱過程將地面附近的大量熱量迅速攜帶到高空 并最后以點(diǎn)輻射的形式將其半數(shù)左右的相變潛熱直接輻射向外太空。本發(fā)明中正是采用毫 無環(huán)保危害性的水分作為傳熱介質(zhì)并在開放的大氣層內(nèi)進(jìn)行熱量的遠(yuǎn)距離的遷移工作。這 種以水代電的傳熱方式能大范圍的降低廣大市區(qū)范圍內(nèi)的平均氣溫，因此也就能同時(shí)有效 的降低城市空調(diào)的用電量，并且不會產(chǎn)生對周圍環(huán)境的熱污染。因此直接向市區(qū)范圍內(nèi)主 要道路進(jìn)行大規(guī)模噴水，通過水分的吸熱汽化機(jī)制以降低噴水管網(wǎng)覆蓋區(qū)域附近市區(qū)整體 的環(huán)境氣溫顯然具有巨大的節(jié)能優(yōu)勢。各種植物為了保持暴露在強(qiáng)烈陽光下的枝葉不被曬焦，枯死，植物根系均會不停 頓的從土壤中吸取大量水分并輸送到葉面進(jìn)行蒸發(fā)散熱冷卻，以保持植物枝葉的相應(yīng)溫度 不變，是為植物極其重要的蒸騰能力。根據(jù)相關(guān)資料，在植物生長過程中每增長1公斤的重 量需要在生長過程中從土壤中吸取高達(dá)500 600公斤的水分[3]。在夏季烈日高溫下， 由于水泥及浙青路面均不具備通過水分的汽化蒸發(fā)產(chǎn)生吸熱降溫的能力，從而其表面溫度 常高達(dá)50°C左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其周圍草地及植被覆蓋下的土壤溫度。按對流傳熱原理，溫度 升高后的地表必然會將更多顯熱傳向地表上方的空氣，從而導(dǎo)致市區(qū)氣溫要高于郊區(qū)的氣 溫。通常到達(dá)地表的太陽輻射熱總是首先用于地表水分的吸熱蒸發(fā)，眾多城市地區(qū)由于大 部分地表上的植被已為沒有水分蒸發(fā)能力的建筑物及道路所替代，因此地表所積累的太陽 輻射熱必然會首先導(dǎo)致地表溫度的大幅度提高，相關(guān)資料表明郊區(qū)為眾多植被覆蓋的土壤 表面溫度僅比其上方氣溫高出約2 3°C而已，而城市中的路面，房屋因皆不具備水分的汽 化蒸發(fā)降溫機(jī)制，因此在烈日暴曬下積聚在路面，房頂，墻面，的太陽輻射熱會導(dǎo)致上述物 體表面的迅速大幅度升溫，其表面溫度常高出具有水分蒸發(fā)降溫能力的土壤表面達(dá)25 30°C之多[4]P.65因此就降溫角度而言自然界中每株成長中的植物都是一臺天然的抽水 蒸發(fā)冷卻泵，土壤內(nèi)的水分主要系通過植物的蒸騰作用在吸取了太陽輻射能及周圍空氣中 的熱量后汽化并升上高空，在高空水蒸氣的冷凝相變過程中則會向外界空間釋放出汽化潛 熱(其中半數(shù)左右直接進(jìn)入外太空)并冷凝為高空云層中的液滴，液滴凝集后以雨滴形式 下降。上述過程表明水分在自然界的再生循環(huán)過程中必然會同時(shí)將地表的巨額熱量傳向太 空。地表熱量通過水分的吸熱汽化并最終向太空遷移熱量的比例在很大程度上直接決定了 地表的溫度水平。因此城市中不具備水分蒸發(fā)能力的高溫下墊面的存在應(yīng)該是城市地區(qū)氣 溫顯著高于郊區(qū)氣溫的主要原因，并被稱為城市地區(qū)的熱島效應(yīng)。為此本方案提出利用貫 穿市區(qū)主要干線道路上方的巨大空間架設(shè)噴水管網(wǎng)系統(tǒng)，在高溫季節(jié)直接進(jìn)行人工噴水降 溫以代替自然界植物的自然蒸騰作用應(yīng)該同樣能彌補(bǔ)市區(qū)因植物稀少，蒸騰能力衰退所形 成的水分蒸發(fā)總量下降并導(dǎo)致市區(qū)地表平均溫度大幅度升高的現(xiàn)象。
3.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明選擇在市區(qū)較寬闊的快速道路及主干線道路的上方架設(shè)噴水降溫管道網(wǎng)， 在管網(wǎng)內(nèi)每隔十余米左右均勻分布一只噴嘴，使水分從噴嘴內(nèi)以細(xì)小水柱形式比較均勻的 噴淋在主要交通干線道路及其外側(cè)人行道上方空間中，在高溫季節(jié)白天的烈日照射下利用 在道路上所噴水分的蒸發(fā)進(jìn)行大規(guī)模的市區(qū)環(huán)境整體的降溫。噴水蒸發(fā)過程主要是通過水 滴與灼熱路面及眾多行駛車輛外表接觸的形式吸收經(jīng)太陽輻射后所集聚的熱量。各噴口噴水量系由設(shè)置在接近水泵房附近的水量傳感器進(jìn)行控制，當(dāng)噴水量過剩時(shí)，噴淋在傳感器 接收表面上的多余水分將經(jīng)過流量計(jì)流出并同時(shí)發(fā)出停止噴水的信號，此信號直接控制變 頻電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，從而使噴水停止。為使水分蒸發(fā)汽化后能形成一具有較寬闊幅度的比重較輕的水蒸氣上浮流股以 能盡量攜帶道路上方較多的廢氣一起上浮到較高天空，故噴水管道應(yīng)架設(shè)在幅度較寬的道 路上方。為此必須保證橫跨道路以及橫跨立柱間的橫梁以及縱梁在自重較輕的前提下具有 足夠大的結(jié)構(gòu)剛度，故本發(fā)明中的橫梁和縱梁均采用如圖2所示的由輸水管道直接構(gòu)成的 三角形橫截面結(jié)構(gòu)，在橫截面三角形的各個頂點(diǎn)處布置著支撐梁架系統(tǒng)總量并兼作輸水管 道的鋼管，三鋼管間則用小截面的聯(lián)結(jié)桿焊接固定。橫梁與縱梁之間采用連接腳手架的直 角扣件進(jìn)行連接。為節(jié)約噴水量，提高噴出水分的汽化效率，避免過多水分流失的浪費(fèi)現(xiàn) 象，因此每臺水泵出口附近均應(yīng)安裝相應(yīng)的噴水量傳感器進(jìn)行控制，使所噴水量能與當(dāng)時(shí) 路面實(shí)際蒸發(fā)量相匹配。為保證噴水過程中能較大幅度的調(diào)節(jié)噴水量，本發(fā)明中采用噴水過程由噴水時(shí)間 與停頓時(shí)間相間隔組成的間歇式的噴水工作周期的模式噴水，所設(shè)置的噴水周期長度(例 如2分鐘)可以在調(diào)試過程中調(diào)整，當(dāng)噴水量傳感器監(jiān)視到臺面上的水量超過臺面的蒸發(fā) 能力時(shí)，多余水分將通過設(shè)置在該傳感器下面的流量計(jì)流出，并同時(shí)發(fā)出一關(guān)閉變頻電機(jī) 的信號，以停止噴水，直當(dāng)下一周期開始時(shí)系統(tǒng)將重新開始噴水。噴水周期長度則通過調(diào)試 以確定其最佳值。3.1舉例說明現(xiàn)根據(jù)上海市區(qū)內(nèi)的快速道路情況具體說明采用本方案后所能達(dá)到的降溫效果 據(jù)有關(guān)資料上海市外環(huán)線以內(nèi)的市區(qū)面積約為F = 700平方公里；在此范圍內(nèi)有內(nèi)環(huán)，南 北，延安，滬閔，逸仙等多條呈申字形分布的四 六車道高架道路64公里及八車道寬度的 外環(huán)快速道路98公里。在上述高架道路上機(jī)動車日運(yùn)行量高達(dá)60萬輛左右[5]。本項(xiàng)目 考慮首選上述幾條高架道路及外環(huán)快速道路上方架設(shè)噴水管道并計(jì)算其主要參數(shù)。取噴水覆蓋區(qū)平均寬度為B = 70m進(jìn)行計(jì)算已知市區(qū)范圍內(nèi)架設(shè)噴水管線的高架道路及外環(huán)線總長為L = 64+98 = 162km ；.’.水分蒸發(fā)區(qū)面積為F = 70X162，000 = 11. 3X 106m2根據(jù)上海市33年中6 8月太陽輻射能總量及87年間6 8月的日照時(shí)數(shù)的平 均值可以得到在上述月分中上海地區(qū)的平均太陽輻射常數(shù)a = 2. 61X103kJ/hm2[6]；. .每小時(shí)在上述噴水道路上的平均太陽輻射能總量為N = FXa = 11. 3X 106X2. 61X 103 = 29. 5X 109kJ/h查表可知24°C水汽化潛熱為b = 2，453kJ/kg[l]取上述面積上太陽能總量的80%用于蒸發(fā)水分，則水分蒸發(fā)總量應(yīng)為GO = 80% XN+b = 80% X29. 5X 109 + 2, 453 = 9. 6X 106kg/h 絲 9，600 噸 / 時(shí)在上述市區(qū)主要快速道路上聚集了大量行駛車輛，其實(shí)質(zhì)相當(dāng)于將車輛在其他道 路行駛時(shí)所吸收聚集的陽光輻射熱帶入高架道路的噴水區(qū)域進(jìn)行水分蒸發(fā)冷卻。取車輛所 帶入熱量相當(dāng)于20% N。因此在上述噴水區(qū)內(nèi)的總蒸發(fā)能力為G1 = (1+20% ) XG0 = 1. 2X9，600 ^ 11，500 噸 / 時(shí)(相當(dāng)于每小時(shí)有 1150 輛10噸級容量的灑水車在同時(shí)工作)。此水分蒸發(fā)過程中所吸收的市區(qū)熱量為Ql = GlXb = 11，500X 103X2, 453 ^ 2. 82X1010kJ/h,以下計(jì)算中將考慮此由水蒸氣攜帶到高空后的Q1 在輻射冷凝時(shí)其面向地表的50%將重新返回地表，因此真正能從市區(qū)地表遷移向太空的熱 量約為Q2 = 50% XQ1 = 50% X2. 82X 1010 = 1. 4X 1010kJ/h現(xiàn)假設(shè)噴水蒸發(fā)吸熱后的降溫影響區(qū)域的平均高度為H = 20米，以計(jì)算此噴水吸 熱量的相應(yīng)降溫效果上述700平方公里降溫市區(qū)的體積為V = FXH = 700X 106X20 = 1. 4X 1010m3已知空氣在20 40°C時(shí)的定壓熱容為c = lkj/kg. K. m3則Q2遷移后在上述700平方公里市區(qū)面積內(nèi)在20米高度內(nèi)的平均降溫值為AT = Q2+ (cXV) = 1. 4X1010+ (1X1. 4X1010) = 1°C以上計(jì)算僅考慮由于水分蒸發(fā)吸熱所直接產(chǎn)生的降溫?cái)?shù)值。事實(shí)上當(dāng)水汽以大規(guī) 模流股形式上升時(shí)將通過摩擦力的牽連作用通過卷吸的形式從該流股周圍帶動大量的熱 空氣(首先是大量機(jī)動車排放的廢氣)一起向上運(yùn)動離開市區(qū)，從而能誘導(dǎo)溫度較低的郊 區(qū)空氣及時(shí)大量流入市區(qū)因此會顯著的擴(kuò)大上述降溫效果，在本例中每小時(shí)使11，500噸 水分蒸發(fā)的熱量除直接到達(dá)道路地表的太陽輻射熱外尚包括直接或間接地通過眾多車輛 帶入的熱量。為使這11，500噸/時(shí)水分進(jìn)入噴嘴并以一定壓力從噴嘴噴出需配置相應(yīng)增 壓水泵?，F(xiàn)計(jì)算水泵運(yùn)行時(shí)的電能消耗電耗計(jì)算設(shè)每2公里設(shè)置一臺供水增壓泵，水泵數(shù)n = (L + 2) = (162 + 2) = 81 臺，每臺水泵流量G2 = Gl+n = 11，500 + 81 = 142 噸 / 時(shí)由樣本型號IS150-125-315離心泵流量120 240噸/時(shí)，揚(yáng)程34 29米，功 率 30KW81臺水泵總裝機(jī)功率為N = 81 X 30 = 2，430kw據(jù)有關(guān)報(bào)紙記載在2003年夏季高溫時(shí)上海市區(qū)(當(dāng)時(shí)市區(qū)概念僅包括黃埔，盧 灣，靜安，普陀，南市，徐匯，閘北等市中心區(qū)域，僅289平方公里左右)空調(diào)如能調(diào)低一度運(yùn) 行時(shí)的相應(yīng)節(jié)電量為24萬千瓦時(shí)[7]，因此如按目前外環(huán)線范圍內(nèi)(700平方公里左右)折 算時(shí)，則降溫1°C運(yùn)行時(shí)在上述700平方公里范圍內(nèi)的空調(diào)設(shè)備估計(jì)可節(jié)電總功率當(dāng)在40 萬千瓦以上，也即水泵僅運(yùn)行2，430千瓦(僅僅相當(dāng)于上述所節(jié)約功率的0.6%)電力每小 時(shí)即可節(jié)省約40萬度以上的空調(diào)電力，如按每天噴水7小時(shí)，每年夏季噴水3個月計(jì)算，則 每年可節(jié)約電能高達(dá)2. 5億度電之多，因此在夏季高溫用電緊張的高峰時(shí)間采用這一巨大 節(jié)能措施具有重要意義。3. 2噴水管道系統(tǒng)布置如圖1所示噴水管道系統(tǒng)由1一縱梁，2—噴嘴，3—橫梁，4一左右立柱及立柱內(nèi) 管道所組成。立柱標(biāo)高取為14公尺，噴嘴標(biāo)高約14. 2公尺，根據(jù)相關(guān)樣本知噴嘴相應(yīng)的水平 射程應(yīng)為1廣20公尺，在每根縱梁上相距20 40公尺距離處設(shè)置1只噴嘴?？v梁及橫 梁均由橫截面為三角形布置的管道構(gòu)架組成，管道間由連接系桿焊接固定，各縱梁間距為22^40公尺左右，因此當(dāng)設(shè)置3根縱梁時(shí)噴水寬度范圍為60 120公尺.每根橫梁上根 據(jù)路寬設(shè)置2 3根縱梁，各橫梁間彼此相距可達(dá)70公尺左右，每公里道路約布置14根 橫梁，28組立柱。故噴嘴沿道路左右方向共計(jì)3行，每行相距24公尺，每公里噴嘴數(shù)為 3X (1000 + 24)竺126只?？v梁通過管道直角扣件固定在橫梁的下管道上。各構(gòu)件上的管 道則通過不銹鋼軟管相互連接，立柱按插入式固定在基礎(chǔ)的預(yù)制件中后用水泥砂漿使基礎(chǔ) 表面與人行道相一致。在一側(cè)立柱內(nèi)有輸水管道，其進(jìn)水端通過基礎(chǔ)凹槽引出，并通過螺紋 活接頭與埋置在地下的輸水干管相連接。3. 3噴水量傳感器調(diào)試時(shí)噴水周期設(shè)計(jì)為2分鐘。在噴水周期內(nèi)的噴水時(shí)間長短則由噴水量傳感器 決定。只要傳感器內(nèi)的流量計(jì)不發(fā)出信號，驅(qū)動水泵的變頻電機(jī)就持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)流量計(jì)發(fā) 出信號后，變頻電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，同時(shí)水泵也停止噴水。圖2系特為本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的噴水量傳感器示意圖。在圖2中噴水量傳感器的頂 部1為一由厚棉布組成的噴水接受及蒸發(fā)面，噴淋在厚棉布上的水分如不能及時(shí)蒸發(fā)則將 漏下并流入傳感器內(nèi)部的輸出管道并經(jīng)由具有信號輸出功能的流量計(jì)2流出傳感器。當(dāng)流 量計(jì)2檢測到的流量值信號時(shí)，即發(fā)出停止噴水信號，這時(shí)驅(qū)動水泵的變頻電機(jī)即停止轉(zhuǎn) 動，噴水停止，并在下一周期開始后再重新開始噴水。以適應(yīng)不同時(shí)刻因太陽輻射強(qiáng)度變化 等所導(dǎo)致的蒸發(fā)強(qiáng)度波動，使地面始終保持潮濕而沒有大量多余水分流向雨水管道的理想 狀態(tài)。4經(jīng)濟(jì)效益室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)均系采用電動機(jī)驅(qū)使氟利昂或氨氣等制冷劑在封閉管道內(nèi)經(jīng)壓縮 液化，膨脹汽化等反復(fù)相變的循環(huán)過程以達(dá)到將室內(nèi)熱量遷移到室外的目的，由于供介質(zhì) 流動的毛細(xì)管的內(nèi)徑很細(xì)，因此介質(zhì)流動阻力很大，消耗的動力因此也比較高。通?？照{(diào)裝 置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)用制冷系數(shù)來衡量，也即按單位電耗所能遷移到室外的熱量值來衡量 其經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)日立空調(diào)說明書可知反映該空調(diào)機(jī)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的制冷系數(shù)值為在每秒輸 入1. 73kw電功率時(shí)能將4. 6kw熱量從室內(nèi)帶走，因此1度電所能遷移的熱量應(yīng)等于lkwh =3，600kJ+l. 73X4. 6 = 9, 572kJ。水的汽化潛熱非常巨大，1公斤15°C的液態(tài)水變成15°C的水蒸氣時(shí)所需吸收的汽 化潛熱高達(dá)2465. 1千焦/公斤[3]P. 196，也即為從地表吸收上述9，572kJ熱量并使之遷 移到高空僅需蒸發(fā)9，572 + 2465. 1 = 3. 9公斤水分，而用空調(diào)機(jī)將室內(nèi)上述熱量僅僅短距 離的遷移到室外即需消耗1度電能。但由于水蒸氣在高空冷凝時(shí)約有50%左右潛熱仍會 返回地表，因此為從地表向太空遷移9，572kJ千焦熱量實(shí)際應(yīng)蒸發(fā)7. 8公斤水分。現(xiàn)按市 場電費(fèi)與水費(fèi)分別計(jì)算此二種不同降溫工藝中的主要成本費(fèi)用的差別當(dāng)前上海市電價(jià)為 0.65元/度，水價(jià)為2.41元/噸竺0.002元/公斤。7. 8公斤水費(fèi)為Y2 = 7. 8X0. 002 = 0. 016元，因此當(dāng)使用空調(diào)設(shè)備時(shí)所需電費(fèi)與采用水分蒸發(fā)相同數(shù)量熱量時(shí)水費(fèi)間的成本 比值為0. 65 + 0. 016 = 41倍。由此可見當(dāng)采用以水代電的降溫工藝從地表向高空遷移同 等數(shù)量熱量時(shí)其日常運(yùn)行費(fèi)用將僅為電費(fèi)的2. 4%左右，更何況當(dāng)采用通過水分蒸發(fā)散熱 時(shí)系將地面熱量直接送到數(shù)百米至數(shù)千米的高空，并能使其中半數(shù)左右的熱量直接輻射向 外太空的工藝過程，從而決不會導(dǎo)致建筑物外圍環(huán)境的熱污染。5 小結(jié)
建筑物密集的城市中心地區(qū)由于下墊面缺少足夠的水分蒸發(fā)吸熱降溫機(jī)制，從而 導(dǎo)致市區(qū)下墊面的平均溫度大幅度的高于郊區(qū)下墊面平均溫度，并因此導(dǎo)致市區(qū)近地表的 氣溫明顯的高于郊區(qū)地面氣溫的熱島現(xiàn)象。為解決市區(qū)內(nèi)綠化面積不足所導(dǎo)致的下墊面平 均溫度偏高的現(xiàn)象。為此本發(fā)明特提出以水為冷卻介質(zhì)，直接噴灑在市中心高溫的主要快 速道路及主干線道路上方的降溫方式。水分在開放的大氣層空間內(nèi)的汽化上浮以及水蒸氣 在高空的冷凝液化過程均屬于自發(fā)性物理變化過程無需額外的動力驅(qū)動，因此具有價(jià)格低 廉并能大規(guī)模整體性的解決城市中心地區(qū)的大范圍高溫?zé)釐u現(xiàn)象，并同時(shí)能將市中心地區(qū) 污染后的熱廢氣一并攜帶到高空并在風(fēng)力影響下飄向郊區(qū)，從而還能起到增強(qiáng)市區(qū)與周圍 郊區(qū)間空氣的對流運(yùn)動，促進(jìn)市區(qū)污濁空氣的擴(kuò)散及更新速度。順便指出根據(jù)自然界中水 分的再生規(guī)律，從我國眾多濱海城市地區(qū)蒸發(fā)上浮的水蒸氣在夏季東南風(fēng)主導(dǎo)下大部分將 重新深入返回內(nèi)陸地區(qū)上空，并通過降雨形式再次以凈化后的淡水形式大幅度的增加其重 復(fù)利用次數(shù)，因此本發(fā)明的合理使用將同時(shí)具有能使眾多即將流入大海的淡水能得以及時(shí) 獲得迅速再生并重新返回大陸腹地的極為重要的意義。


圖1是布置在待噴水的主要交通干道及其二側(cè)相鄰的人行道，綠化帶上方的噴水 管道網(wǎng)系統(tǒng)示意圖；圖2是噴水量傳感器的示意圖。7 附注[1]童鈞耕，盧萬成編“熱工基礎(chǔ)”，上海交通大學(xué)出版社2001年，[2]劉人達(dá)主編“冶金爐熱工基礎(chǔ)”冶金工業(yè)出版社，1980[3]北京農(nóng)業(yè)大學(xué)集體主編，“農(nóng)業(yè)氣象”，中國農(nóng)業(yè)出版社1978年，[4]霍明遠(yuǎn)，張?jiān)鲰樦骶?，“中國的自然資源”，高教出版社，2001，[5]趙建新，張海軍，“上海市高架道路系統(tǒng)存在的問題與對策研究”上海建設(shè)科技 雜志，2005，04期[6]上海氣象局，“上海氣象志”，上海社會科學(xué)院出版，1997 [7] “解放日報(bào)” 2003年8月3日。
權(quán)利要求
沿著市區(qū)較寬闊的快速道路及主干線道路的上方設(shè)置噴水管道系統(tǒng)。其特征是在噴水管道系統(tǒng)立柱上方所架設(shè)的橫梁和縱梁的橫截面均為三角形，三角形的頂點(diǎn)系由鋼管構(gòu)成，各鋼管間并通過焊接小截面連接桿以構(gòu)成具有足夠剛度的整體，橫梁與縱梁之間則采用直角扣件進(jìn)行連接。
2.上述噴水管道系統(tǒng)的噴水特征是噴水過程呈間斷性，每次噴水時(shí)間與相應(yīng)停止噴 水時(shí)間共同組成為一固定長度的周期。通過直接控制變頻電機(jī)頻繁的通斷作為控制噴水量 的方法，當(dāng)設(shè)置在噴淋區(qū)內(nèi)的噴水量傳感器發(fā)出信號時(shí)，驅(qū)動水泵的變頻電機(jī)立即停止轉(zhuǎn) 動，各噴嘴因此皆停止噴水，從而控制了該周期內(nèi)的噴水量，并從下一周期開始時(shí)再重新開 始噴水。
3.如圖2所示的噴水量傳感器，其特征是在噴水量傳感器的頂部1為一由厚棉布組 成的噴水接受及蒸發(fā)面，噴淋在厚棉布上的水分如不能及時(shí)蒸發(fā)掉則將從棉布背面流向設(shè) 置在傳感器內(nèi)的流量計(jì)4內(nèi)。流量計(jì)4具有信號輸出功能，當(dāng)檢測到有水流通過時(shí)立即發(fā) 出停止噴水信號，這時(shí)驅(qū)動水泵的變頻電機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動，各組噴嘴也同時(shí)停止噴水，在下 一周期開始時(shí)變頻電機(jī)再次轉(zhuǎn)動并重新開始噴水，從而使實(shí)際噴水過程始終能根據(jù)該流量 計(jì)發(fā)出的信號及時(shí)停止，并在下一周期開始后再重新開始噴水。
全文摘要
本發(fā)明提出以價(jià)格低廉的水分作為冷卻介質(zhì)，在市區(qū)范圍內(nèi)的主要道路上方進(jìn)行大規(guī)模的噴水蒸發(fā)降溫。通過水分大規(guī)模的吸取市區(qū)主要道路及行駛其上車輛的熱量進(jìn)行蒸發(fā)汽化以首先使噴水區(qū)域的氣溫降低，并相繼擴(kuò)散到道路周邊的縱深地區(qū)。在水蒸氣自動上浮過程中將同時(shí)帶動周圍熱空氣，二氧化碳，粉塵等污染物一同向高空上浮，脫離市區(qū)地面并增強(qiáng)市區(qū)與郊區(qū)間空氣對流強(qiáng)度。這種降低整個市區(qū)范圍內(nèi)氣溫的方法能顯著降低市區(qū)內(nèi)空調(diào)負(fù)荷，從而大幅度降低其電耗，計(jì)算表明當(dāng)采用水分蒸發(fā)噴水降溫時(shí)的成本僅為采用空調(diào)排除相同熱量時(shí)電費(fèi)成本的2.4％，噴水降溫并具有能完全符合環(huán)保要求的顯著優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號A01G15/00GK101874460SQ20101015343
公開日2010年11月3日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者朱平生 申請人:朱平生