CN104264850A - 城市热岛效应减缓镜及其制作方法 - Google Patents

Abstract

城市热岛效应减缓镜是由保温板1和凹面镜2组成，两者为一体。用浇注或真空渡铝的方法在保温板上形成一块块的凹面，然后在凹面上涂布一层反射材料而成为凹面镜。凹面镜阶梯状式的布满在保温板外表面上。使用时贴在建筑物的外墙及屋顶（或路面）上，保温板部分用来保温，凹面镜部分用来反射太阳光，凹面镜对太阳光具有汇聚作用，它会将反射的光线向内偏折，因此当太阳光照到建筑物上的凹面镜时，反射光因其向内偏折而躲开建筑物传播到空间去，使得城市太阳光的辐射减少，从而降低城市的热岛效应。改善城市热的现状，平衡城郊间温度差，阻止郊区的污染物进入城市，从而缓解城市的大气污染。

Description

城市热岛效应减缓镜及其制作方法

技术领域

城市热岛效应减缓镜属于环保领域，具体说是一种城市热岛效应减缓镜。 

  

背景技术

全球大气污染和“热岛效应”状况十分严重，在大气污染方面主要呈现煤烟型污染特征：城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染保持在较高水平；机动车尾气污染物排放总量迅速增加；氮氧化物污染呈加重趋势。在“热岛效应”方面，随着城市规模(人口、面积、建筑高低与集中程度)的迅速扩大和大气的严重污染，使城市的“热岛效应”越来越明显。在“热岛效应”的作用下，城市中每个地方的温度并不一样，而是呈现出一个个闭合的高温中心。在这些高温区内，空气密度小，气压低，容易产生气旋式上升气流，使得城市周围各种废气和化学有害气体不断对高温区进行补充。由于城市好像一个“热岛”，热气不断上升，形成一个低压区，郊区的冷空气向市区侵入，将郊区工厂和冬季取暖燃煤等大气污染物带到市区，加上城区污染源又多，城郊和城区的污染物都向市中心集中，而原由市区扩散到郊区的污染物也随之重新聚集在城市上空，持久不散。由于城市“热岛效应”所影响的高度一般只能达到地面以上100～300米的低空，城市上空的云、雾会增加，使有害气体、烟尘在市区上空累积，市中心往往成了城市中大气污染物浓度最高区，形成远比郊区严重的大气污染。由于城郊工业、生活排放的各种污染物集中于市区，容易形成酸雾、油雾、烟雾、光化学雾等，所以会导致城市雾霾现象的产生。在这些有害因素的作用下，高温区的居民极易患上消化系统或神经系统疾病，此外，支气管炎、肺气肿、哮喘、鼻窦炎、咽炎等呼吸道疾病的人数也有所增多。夏季因中暑而叫急救车上医院的人数增加。严重的大气污染加剧了“热岛效应”，发过来加剧了的“热岛效应”又造成更严重的大气污染，形成了恶性循环。针对这种情况，人类在大气污染治理技术和设备的研制、开发、推广和使用方面，虽然做了不少工作，但还不足以完全控制大气污染的继续扩散，资金、人力的投入以及实用技术商品化的程度还不高。现今比较薄弱的领域是洁净煤技术、冶金、化工、建材等行业的工业窑炉和生产设施排放污染的治理技术和机动车机内净化技术等。实用技术的缺乏直接影响了大气污染治理的进程和效果。在减轻“热岛效应”方面，采用减量的地面面积，增加绿化，减少污染物排放量和充分利用大气自净能力等措施来实现；在厂址选择、烟囱设计、绿化造林方面也采取了一定措施。但这些措施对减轻“热岛效应”非常有限，并且这些技术和措施是对大气污染和雾霾来源以及“热岛效应”单个局部的治理，而不是整体全面的治理。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可减轻“热岛效应”的城市热岛效应减缓镜及其制作方法。 

城市热岛效应减缓镜（图1）是由保温板1和凹面镜2组成，两者为一体。在保温板上有一块块的凹面，在凹面上涂有一层反射材料而成为一块块凹面镜（图2）。凹面镜阶梯状式布满在保温板外表面上。使用时固定在建筑物的外墙或屋顶（或路面）上，保温板部分用来保温，凹面镜部分用来反射太阳光，凹面镜对太阳光具有汇聚作用，它会将反射的光线向内偏折，因此当太阳光照到建筑物上的凹面镜时，反射光因其向内偏折而躲开建筑物传播到空间去，使得城市太阳光的辐射减少。 

    太阳短波辐射穿过大气层到达地球表面，一部分被地球吸收，一部分被反射回太空去。地球吸收太阳短波辐射能后变暖，温度升高。它一方面以长波形式向大气辐射热量，一方面又以对流、传导方式把热量传送给大气。大气的热量是地球供给的，而不是直接来自于太阳。 

    通常大气温度是下层高，上层低，下层空气密度小而轻，上层空气密度大而重，形成“头重脚轻”的不稳定状态。这种不稳定状态易使空气上下对流交换，有利于大气底层水汽、污染物向太空扩散，不易雾的形成和污染物的积聚。反之，若大气温度是下层低，上层高，就形成了逆温天气，上层空气密度小而轻，下层空气密度大而重，形成“脚重头轻”的稳定状态。这种稳定状态不易使空气上下对流交换，不利于大气底层的水汽、污染物向太空扩散，容易雾的形成和污染物的积聚。逆温层通常出现於对流层低层，厚度较薄，大约几百至1千米左右。 

    逆温天气一年中冬季最严重，一天中在下午6时至第二天上午8时最严重，是污染高峰时间。在上午10时至下午3时这段时间，一般没有逆温天气，因此污染较小。 

    本发明在一年中的冬季或一天中的凌晨和傍晚时段时，照到城市的太阳光大部分被其反射，反射光照到逆温层区域，本来照在城市建筑物和地面上被城市吸收的太阳热，由于本发明的反射被城市中及城市上空的雾、污染物吸收，其温度很快升高，上下空气形成对流，有利于逆温天气的消退和大气污染物向上扩散。 

    在一年中的夏季或一天中的上午10时至下午3时这段时间，城市上空污染小，本发明的反射光会透过空气直接到达太空，本来是照到城市要被城市吸收的太阳热，而被反射到太空，或反射到高空的污染物上，使得这一区域的温度升高，大气向上运动形成高空对流，使得污染物向远处扩散或被风吹散，因此城市温度降低，从而减轻了城市热岛效应，同时减缓了城市的大气污染。 

     再者，城市热岛效应是形成城市上空瞬时单点暴雨的一个重要因素。随着城市面积不断扩大、人口增多，城市居民的生产、生活造成城市气温普遍高于郊区，城市热气流上升，造成城市上空气流流动加剧，热气流一旦遭遇外来高空强对流的冷气团，容易形成冷热交汇，从而形成暴雨。而人口越密集的区域，就越容易形成“城市热岛效应”，因而人口密集区域遭遇暴雨的几率就更大。使城市中心区更容易成为暴雨袭击的目标。全球气候异常、“城市热岛效应”带来的瞬时单点暴雨是造成城市洪涝灾害频繁的客观因素。本发明可减轻由于“城市热岛效应”带来的瞬时单点暴雨，缓解城市的洪涝灾害。 

    本发明的有益效果： 

1.把凹面镜设计在外墙保温板上，即起到了隔热保温的作用，又起到了反射太阳光的作用，同时，两者结合即便于操作又降低了成本。

2.设计了不同的规格，实现了地球上不同纬度不同墙体的建筑需要，适用性强。 

3.可调节当地气候，使得城市温度降低，可大大缓解城市的热岛效应，改善城市热的现状，平衡城郊间温度差，阻止郊区的污染物进入城市，缓解城市大气污染。 

4.夏季可减少空调制冷的耗能，降低CO2和氮氧化合物的排放，因此环保节能。 

5.减轻由于“城市热岛效应”带来的瞬时单点暴雨，缓解城市的洪涝灾害。 

附图说明

    图1：本发明结构示意图。 

    图中：11-保温板；12-凹面镜。 

    图2：凹面镜结构示意图。 

    图中：21-曲面；22-长；23-宽。 

具体实施方式

太阳高度在一天中从东到西不断变化，一年中从夏至到冬至，再从冬至到夏至中也不断变化，因此照到凹面镜上的入射光和反射光的方向每天在变化，每年也在变化，若使用平面镜或凹面镜放置不当，反射光就会照到建筑物上去，达不到彻底反射的作用，本发明就是要解决这一技术问题。 

一天中从10时到17时是太阳高度较高的时候，也是太阳辐射最强的时候，本发明主要是反射这一时段的太阳光。国家规定，楼高和楼间距的比为1：1.2，再根据城市楼高大部分在30层以下，结合光的反射定律及实验结果可知，凹面镜应为一长条形曲面21，两宽边和连接两宽边对应端点的线段构成的是一长方形，其长22为5-15cm，宽23为1-4cm，凹面镜的曲光半径（凹面镜球心到球面的距离）10-30cm，构成的长方形所在平面与竖直墙面的夹角为120-135度时，照在建筑物东西（或近似东西）墙面凹面镜上的太阳光的反射光，才能躲开本身和周围其它建筑物，因此东西墙面上凹面镜与墙面的倾斜程度（凹面镜的长和两宽边构成的长方形所在平面与竖直墙面的夹角）应在120-135度之间。 

一年中地球上同一纬度的地方太阳高度在不断的变化着，在北半球冬至日正午太阳高度最低，在南半球夏至日正午太阳高度最低，这时照到建筑物南北（或近似南北）墙面凹面镜上的太阳光的反射光，要躲开本身和周围其它的建筑物，在赤道处，凹面镜与竖直墙面的倾斜程度在100-120度之间。两极处在135-165度之间，从赤道到两极，最大夹角和最小夹角都随纬度的增大而增大，因此从赤道到两极凹面镜与竖直墙面的倾斜程度应在100-165度之间。，并且随着纬度的增大而增大。 

在一天中，建筑物屋顶上被太阳光一直照着，在一年中也是如此，又因为周围建筑物相对于屋顶很低，因此凹面镜两宽边和两长边构成的长方形所在平面与水平面的夹角为0-90度，就可躲开建筑物将太阳光反射到空间去。 

这样本发明有三种规格：东西墙用、南北墙用和屋顶（或路面）用。 

三种规格的相同之处是凹面镜的两宽边和连接两宽边对应端点的线段即两长边构成的是一长方形，其长22为5-15cm，宽23为1-4cm，凹面镜的曲光半径（凹面镜球心到球面的距离）为10-30cm。 

不同之处是凹面镜与竖直墙面及屋顶的倾斜程度不同，在东西墙面上凹面镜的倾斜程度为120-135度，其值不随纬度而改变，凹面镜的长22沿南北走向；在南北墙面上的凹面镜的倾斜程度为100-165度，从赤道到两极，随着纬度的增大而增大，是与纬度有关的，凹面镜的长22沿东西走向；在屋顶（或路面）上凹面镜长和宽边构成的长方形所在平面与水平面的夹角为0-90度，凹面镜的长22沿东西走向。由于一般中小国家的纬度跨度不大，南北墙用凹面镜的倾斜程度全国可用一样的，但纬度跨度大的国家就需要几套规格的了。 

城市热岛效应减缓镜的制作方法（方法一），其特征在于：所述方法包括以下步骤： 

1、凹面镜铝箔的制作，按照下述工艺步骤进行：第一步、熔炼：用熔炼炉将原铝化成铝液，通过流槽进入铸轧机；第二步、粗轧：将第一步熔炼后得到的铝液引入铸轧机铸轧成坯料；第三步、中间轧制：将上述板坯用冷轧机组进行再次轧制，其间经过两次退火处理，使晶粒尺寸均匀，然后冷轧成厚度为0.3-1mm的铝箔毛料；第四步、箔轧：用箔轧机组将上述0.3-1mm的铝箔毛料，放在凹面镜模具中轧制成凹面镜铝箔待用；

2、保温板材料的制作，按照下述工艺步骤进行：第一步：合成酚醛树脂（即生产线专用树脂）；第二步：添加助剂，通过预混合在料中加入表面活剂、发泡剂和其它助剂；第三步：进罐备用，把预混合后的料加入到生产线前面的贮料罐中；

3、保温板材料和凹面镜铝箔的合成，按照下述工艺步骤进行：第一步：浇注，通过自动计量系统、混合和扫描系统，把混合后的料连续浇注到成型机下的凹面镜铝箔上；第二步：固化成形，原料连续进入层压机中，在层压机中加热、发泡、固化成形；第三步：抛光及涂布保护树脂，板材从层压机中出来后，进行抛光、涂布保护树脂、修边、切割。

    城市热岛效应减缓镜的制作方法（方法二），其特征在于：所述方法包括以下步骤： 

1、保温板的制作，按照下述工艺步骤进行：第一步：合成酚醛树脂（即生产线专用树脂）；第二步：添加助剂，通过预混合在料中加入表面活剂、发泡剂和其它助剂；第三步：进罐备用，把预混合后的料加入到生产线前面的贮料罐中；第四步：浇注，通过自动计量系统、混合和扫描系统，把混合后的料连续浇注到有凹面镜形状的保温板模具中；第五步：固化成形，原料连续进入层压机中，在层压机中加热、发泡、固化成形；

2、凹面镜的制作，第一步、镀铝，在真空状态下，将铝金属加热熔融至蒸发，让铝原子凝结到酚醛保温板上有凹面镜形状的表面，形成铝层而成为凹面镜；第二步：抛光及涂布保护树脂，镀铝后进行抛光、涂布保护树脂，然后修边、切割。

  

    城市热岛效应减缓镜首选材料是酚醛，因为酚醛保温板由酚醛泡沫制成，它是由酚醛树脂加入发泡剂、固化剂及其它助剂制成的闭孔硬质泡沫塑料。它最突出的特点是不燃、低烟、抗高温歧变，燃烧性能最高能达到A级，最高使用温度为180℃（允许瞬时250℃）。它有优良的绝热性能：导热系数低（<0.025W/m×K，为聚苯的2倍多，与聚氨酯相近），为保温、隔热的优良材料；抗腐蚀抗老化：几乎能够耐所有无机酸、有机酸、有机溶剂的侵蚀。长期暴露于阳光下，无明显老化现象，因而具有较好的耐老化性。它克服了原有泡沫塑料型保温材料易燃、多烟、遇热变形的缺点，保留了原有泡沫塑料型保温材料质轻、施工方便等特点。

    凹面镜的反射首选材料是铝，因为在硝酸银的氨水溶液里加进葡萄糖水，葡萄糖把看不见的银离子还原成银微粒，沉积在玻璃上做成的银镜，反射光线的能力还不很强，制作费时，水银又有毒。并且这种反射镜价格昂贵，制作繁琐。而铝是银白色亮闪闪的金属，以它作为镜面的反射材料，，比贵重的银便宜得多。因此铝镜价廉物美，以它作为城市热岛效应减缓镜的反射材料，可大面积使用。  

Claims (7)

1.一种城市热岛效应减缓镜，是由保温板（11）和凹面镜（12）构成，其特征在于：所述凹面镜（12）固定在保温板（11）上，使用时贴在建筑物的外墙或屋顶（或路面）上。

2.如权利要求1所述一种城市热岛效应减缓镜，其特征在于：所述凹面镜（12）的长（22）为5-15cm，宽（23）为1-4cm，凹面镜的曲光半径为10-30cm。

3.如权利要求1所述一种城市热岛效应减缓镜，其特征在于：所述凹面镜（12）在建筑物东西墙上与竖直墙面的倾斜程度为120-135度。

4.如权利要求1所述一种城市热岛效应减缓镜，其特征在于：所述凹面镜（12）在建筑物南北墙上与竖直墙面的倾斜程度为100-165度，所述倾斜程度随着纬度的增大而增大。

5.如权利要求1所述一种城市热岛效应减缓镜，其特征在于：所述凹面镜（12）在建筑物屋顶（或路面）上长边和宽边构成的长方形所在平面与水平面的夹角为0-90度。

6.城市热岛效应减缓镜的制作方法（方法一），其特征在于：所述方法包括以下步骤：

（1）.凹面镜铝箔的制作，按照下述工艺步骤进行：第一步、熔炼：用熔炼炉将原铝化成铝液，通过流槽进入铸轧机；第二步、粗轧：将第一步熔炼后得到的铝液引入铸轧机铸轧成坯料；第三步、中间轧制：将上述板坯用冷轧机组进行再次轧制，其间经过两次退火处理，使晶粒尺寸均匀，然后冷轧成厚度为0.3-1mm的铝箔毛料；第四步、箔轧：用箔轧机组将上述0.3-1mm的铝箔毛料，放在凹面镜模具中轧制成凹面镜铝箔待用；

（2）.保温板材料的制作，按照下述工艺步骤进行：第一步：合成酚醛树脂（即生产线专用树脂）；第二步：添加助剂，通过预混合在料中加入表面活剂、发泡剂和其它助剂；第三步：进罐备用，把预混合后的料加入到生产线前面的贮料罐中；

（3）.保温板材料和凹面镜铝箔的合成，按照下述工艺步骤进行：第一步：浇注，通过自动计量系统、混合和扫描系统，把混合后的料连续浇注到成型机下的凹面镜铝箔上；第二步：固化成形，原料连续进入层压机中，在层压机中加热、发泡、固化成形；第三步：抛光及涂布保护树脂，板材从层压机中出来后，进行抛光、涂布保护树脂、修边、切割。

7.城市热岛效应减缓镜的制作方法（方法二），其特征在于：所述方法包括以下步骤：

（1）.保温板的制作，按照下述工艺步骤进行：第一步：合成酚醛树脂（即生产线专用树脂）；第二步：添加助剂，通过预混合在料中加入表面活剂、发泡剂和其它助剂；第三步：进罐备用，把预混合后的料加入到生产线前面的贮料罐中；第四步：浇注，通过自动计量系统、混合和扫描系统，把混合后的料连续浇注到有凹面镜形状的保温板模具中；第五步：固化成形，原料连续进入层压机中，在层压机中加热、发泡、固化成形；

(2).凹面镜的制作，第一步、镀铝，在真空状态下，将铝金属加热熔融至蒸发，让铝原子凝结到酚醛保温板上有凹面镜形状的表面，形成铝层而成为凹面镜；第二步：抛光及涂布保护树脂，镀铝后进行抛光、涂布保护树脂，然后修边、切割。