CN103329767A - 冷岛效应装置 - Google Patents

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Abstract

冷岛效应属于气候变化的一种现象，目前，人类对冷岛效应的研究仅仅限于科学领域，尚未涉及到技术发明领域。本发明则实现了冷岛效应原理在技术领域的首次应用。本发明的冷岛效应装置，包括若干个反光装置，反光装置安装于地面、水面或建筑物上方，其反光平面与水平面平行或倾斜，可将大部分阳光反射回太空，从而使得反光装置所在的地表区域形成相对低温的冷岛，冷岛与周围大气相互作用形成冷岛效应，从而达到防暑降温和抗旱保湿的目的。本发明可广泛应用于城市广场、住宅区、商业区的防暑降温和旱地、荒漠、沙漠的抗旱保湿。本发明也可实现“冷岛+光伏+风电”的组合应用。

Description

冷岛效应装置
一.技术领域
本发明涉及一种利用冷岛效应原理来实现防暑降温和抗旱保湿的技术装置。
二.背景技术
冷岛效应属于气候变化的一种现象，目前，人类对冷岛效应的研究包括：城市公园冷岛效应和沙漠绿洲冷岛效应，而且对冷岛效应的研究仅仅限于科学领域，尚未涉及到技术发明领域。本发明则实现了冷岛效应原理在技术领域的首次应用。
城市公园的冷岛效应对城市夏季的防暑降温具有显著的效果，这在诸多科学研究文献中均有证明，但城市毕竟是城市，不可能为了夏季的防暑降温而大量地增加城市中公园的面积和数量。因此，城市为了在夏季进行防暑降温，人们通常采用空调装置来降低房间内的温度以达到目的。空调虽然可以降低房间内的温度，但是空调所排放的废热气，却使得房屋外的环境温度升高了。夏季，大量的空调同时运行，使得整个城市环境温度升高，于是，更多的人受不了炎热，被迫跟进使用空调，导致城市环境温度更高。这表明，空调是一种恶性循环的防暑降温技术装置，空调使用所消耗的能源，最终转变成热能，并加热了周围环境的空气，使得整个环境温度变得更高，并浪费了大量的能源。
沙漠绿洲的冷岛效应对干旱地区的抗旱保湿具有显著的效果，这在诸多科学研究文献中也均有证明，绿洲的冷岛效应可以降低绿洲地表的气温，减少绿洲的水分蒸发，从而维持和扩大绿洲面积。但要在沙漠中形成绿洲，必须要有大量的水，而水正是沙漠中最缺乏的物质。因此，沙漠绿洲都是天然形成的，人造绿洲目前还没有。目前，由于人类活动和气候变化的影响，陆地上许多地区越来越干旱，人类急需新的技术发明来抵御干旱。
三.发明内容
由于公园和绿洲含有大量的水，水的比热大大高于城市建筑和沙漠沙砾的比热，这导致白天在太阳的照射下，公园和绿洲的温度升高较慢，而周围区域的温度升高较快，从而使得公园和绿洲成为相对低温的冷岛。冷岛形成后，根据冷岛的面积大小，小型冷岛上方将形成上热下冷的逆温蓄冷型大气环境，大型冷岛则形成高空冷空气下沉而周围地表热空气上升的对流制冷型大气环境。这就是冷岛效应的原理所在。
相对于地球目前的气候环境状况来说，冷岛效应对气候变化的影响是有利于人类的，而温室效应和热岛效应对气候变化的影响则是不利于人类的。
为了得到冷岛，不一定非要公园和绿洲不可，由于太阳才是地表温度升高的根源所在，通过布置一定面积的反光装置，将阳光反射回太空，同样也可以得到相对低温的冷岛。
本发明由若干个反光装置排列组合而成，单个反光装置的反光面积为几平方米到几百平方米，整个冷岛的总反光面积为几百平方米到几千万平方米，甚至更大。反光装置可采用卷帘结构，卷帘可展可卷，晴天展开用于反光形成冷岛，夜晚或阴雨天可收卷，以便地面采光需要，或者在气候恶劣时及时收卷以免设备受损。
根据总反光面积的大小，冷岛效应装置可分为大、中、小三种类型：
小型——反光面积小于1万平方米，以逆温蓄冷为主的冷岛。
大型——反光面积大于1000万平方米，以对流制冷为主的冷岛。
中型——反光面积介于1万-1000万平方米之间，兼有逆温蓄冷和对流制冷的冷岛。
本发明的冷岛效应装置，其特征是：利用冷岛效应原理进行防暑降温和抗旱保湿，包括若干个反光装置，反光装置安装于地面、水面或建筑物上方，其反光平面与水平面平行或倾斜，可将大部分阳光反射回太空，从而使得反光装置所在的地表区域形成相对低温的冷岛，冷岛与周围大气相互作用形成冷岛效应，从而达到防暑降温和抗旱保湿的目的。
本发明的反光卷帘可展可卷，其表面材料为反光材料，需要反光时，卷帘沿导轨3展开；不需要反光时，卷帘沿导轨3收卷；卷帘由电机2驱动，也可由人工驱动。卷帘、电机、导轨等由支架4支撑。除了反光卷帘，也可采用反光折叠帘、反光百叶帘、反光平板、反光薄膜等反光装置；也可在建筑物外表或地面涂抹反光涂料来进行反光。
为进一步增强中小型冷岛的冷岛效应，可在中小型冷岛周围布置隔离墙或者隔离竖板5，以隔离冷热空气的对流，增强逆温蓄冷型冷岛的冷岛效应。
本发明的反光装置还可与太阳能发电装置6、太阳能热水器7、风力发电装置8等互相组合，在同一地面上，既可实现冷岛反光降温，又可实现光电、光热、风电等能源利用。
四.附图说明
图1为单个反光卷帘的展开和收卷示意图；
图2为冷岛效应装置与太阳能发电、太阳能热水器、风力发电装置的组合；
图3为小型冷岛效应装置的逆温蓄冷原理效果图；
图4为大型冷岛效应装置的对流制冷原理效果图；
图中：1、反光卷帘；2、电机；3、导轨；4、支架；5、隔离竖板；6、太阳能发电装置；7、太阳能热水器；8、风力发电装置。
五.具体实施方式
实施例一：长沙火车站的防暑降温
长沙夏季炎热，素有火炉之称，长沙火车站全站总面积达7.7万余平方米，其中房屋面积1.9万平方米，站前广场面积3.7万平方米，站台和站台间铁道面积2.1万平方米。火车站的主站房高23米，宽151米，钟楼高63米。
在夏季的晴天，长沙火车站候车楼采用空调降温，站前广场则没有任何防暑降温装置，在阳光直射下，广场地面热浪逼人，令人非常难受。
可在长沙火车站广场上方安装反光卷帘1，单个卷帘反光面积为50平方米，共安装750块反光卷帘，卷帘离地面高度10米，通过钢支架4安装于广场上。在夏季的晴天，当气温超过30℃时，可启动电机2，展开一部分反光卷帘用于反射阳光，当气温超过35℃时，可展开全部的反光卷帘。通过冷岛效应，可在广场上形成相对凉爽的局部环境。
若把候车楼、售票楼、站台等建筑物房顶也全部安装卷帘反光装置，可在整个火车站的地表区域形成冷岛效应，将大幅度减少长沙火车站在夏季的空调能耗。到了秋冬季节，卷帘可从火车站广场拆除，支架也可拆除。
实施例二：敦煌月牙泉的抗旱保湿
月牙泉位于甘肃敦煌市西南5公里处，位于鸣沙山下，由地下水涌出形成一湖，在沙丘环抱之中，酷似一弯新月而得名月牙泉。在20世纪50年代时，月牙泉东西长218米，中间最宽处54米，平均水深5米，最深处7米。由于人类活动和气候变化的影响，湖水面积日益缩小，目前，月牙泉东西长约100米，宽约25米，平均水深3米，最深处5米。
为了抗旱保湿，可在月牙泉湖面及周围地面上方安装反光卷帘1，单个卷帘的反光面积为30平方米，共安装400块反光卷帘，总反光面积12000平方米，卷帘离地面高度6米。
当晴天阳光强烈时，可启动电机2，展开反光卷帘形成冷岛效应，使得月牙泉所在区域的温度降低，水分蒸发量减少，从而达到抗旱保湿的目的。
实施例三：毛乌素沙地的抗旱保湿
毛乌素沙地位于鄂尔多斯高原向陕北高原过渡地带，沙地面积约4万平方公里，在行政区划上包括内蒙古自治区鄂尔多斯南部、陕西省的榆林地区北部、宁夏回族自治区盐池县的东北部等13个县、市、旗。毛乌素沙地自西北向东南倾斜，西北部包括从鄂尔多斯中西部高地向东南延伸出来的一些梁地，这些梁地梁面平坦，由于遭受割切，梁间形成若干谷地，自西北向东南为倾斜的冲积平原，当地称为滩地，这样构成了“梁”“滩”平行排列的相间地貌。其“梁”地主要由白垩纪***和侏罗纪灰绿色砂岩层所构成，这些砂岩固结程度很差，极易风化，风化物再经搬运，成为沙地形成的沙物质来源。
毛乌素沙地是一个草原气候条件下的沙地，处于荒漠-草原-森林的过渡地带，毛乌素沙地大部属温带，位于中国季风区的西陲，年平均温度6.1-8.2℃，年平均降水量在沙区东南部为400-440mm，向西北逐渐递减至250mm左右。毛乌素在历史上曾是水草丰美之地，由于人类活动，导致森林和草原被破坏，自然的冷岛效应被减弱，地表水分蒸发加剧，农业用水越来越困难。目前毛乌素各县粮食生产很不稳定，农民对农业开发信心不足，从而采取广种薄收的策略，造成区域生态破坏，使得该区域的经济发展和环境演变陷入恶性循环。
通过在干旱而平坦的“梁”地上布置大面积的反光装置，可以大幅度减少毛乌素地区的水分总蒸发量，并为农业生产所在的谷地和滩地得到更多的水资源创造条件。反光装置根据地形地貌分片布置，覆盖该地区大部分的梁地，总反光面积2-3万平方公里，从而在该地区形成若干个大型的冷岛区域，其冷岛效应将产生显著的抗旱保湿效果。
实施例四：“冷岛+光伏+风电”组合模式
由于冷岛效应装置需要占用大量的地面，而太阳能光伏发电、太阳能热水器、风力发电装置也需要占用大量的地面，若与之组合实施，则在同一块土地上，可产生更多的收益。
由于冷岛效应装置主要在夏季使用，而太阳能发电、太阳能热水器则可在冬、春、秋季使用，在时间上实现互补。风力发电装置则可减少冷岛外部的风力干扰，增强冷岛上方逆温层或高空冷空气下沉的稳定性。其具体组合方式是在反光装置下方安装太阳能发电装置6或太阳能热水器7，当反光装置收卷或拆除后，太阳能发电装置6或太阳能热水器7即可投入使用，或者在冷岛周围布置若干个风力发电装置8。这种“冷岛+光伏(光热)+风电”组合模式将为当前陷入产能过剩的光伏和风电产业开拓一个巨大的市场空间。
通过实施例一、二、三、四，可见冷岛效应装置具有显著的节能环保效果。
本发明可广泛应用于城市广场、住宅区、商业区等区域，在夏季时，其防暑降温作用可改善城市的居住环境，并节约大量的空调能源，具有重大的节能减排意义。
本发明可广泛应用于旱地、荒漠、沙漠的抗旱保湿，通过布置大面积的反光装置，在几十到几千平方公里(甚至更大)的区域内形成冷岛效应，减少水分蒸发，将逐步提高该区域的土壤水分含量，增加空气湿度，从而形成人造绿洲，使荒漠变成农田、草原、森林。
总之，本发明广泛实施后，将崛起一系列战略性新兴产业，这对中国和世界的经济结构转型、节能减排、应对气候变化、十八亿亩耕地红线的守卫等都将产生重大的利好。

Claims (7)

1.一种防暑降温和抗旱保湿装置，其特征是：利用冷岛效应原理进行防暑降温和抗旱保湿，包括若干个反光装置，反光装置安装于地面、水面或建筑物上方，其反光平面与水平面平行或倾斜，可将大部分阳光反射回太空，从而使得反光装置所在的地表区域形成相对低温的冷岛，冷岛与周围大气相互作用形成冷岛效应，从而达到防暑降温和抗旱保湿的目的。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于采用反光卷帘(1)，卷帘可展可卷，其表面材料为反光材料；需要反光时，卷帘(1)沿导轨(3)展开；不需要反光时，卷帘(1)沿导轨(3)收卷；卷帘(1)由电机(2)驱动，也可由人工驱动；卷帘、电机、导轨等由支架(4)支撑。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于采用反光折叠帘、反光百叶帘、反光平板、反光薄膜等反光装置，以达到反光的目的，从而形成冷岛效应。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于采用在建筑物外表面或地面涂抹反光涂料的方式，以达到反光的目的，从而形成冷岛效应。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于在中小型逆温蓄冷型冷岛周围布置隔离墙或隔离竖板(5)，以隔离冷热空气的对流，达到增强逆温层的效果。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征是在反光装置下方安装了太阳能发电装置(6)或太阳能热水器(7)，当反光装置收卷或拆除后，太阳能发电装置或太阳能热水器即可投入使用。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征是在冷岛周围布置了若干个风力发电装置(8)，风力发电装置可减少冷岛外部的风力干扰，增强冷岛上方逆温层或高空冷空气下沉的稳定性。
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