熱濕環(huán)境201175PPT課件

1、1基本概念與術(shù)語第1頁/共141頁2建筑熱濕環(huán)境是如何形成的? 是建筑環(huán)境中最重要的內(nèi)容 主要成因是外擾和內(nèi)擾的影響和建筑本身的熱工性能 外擾：室外氣候參數(shù)，鄰室的空氣溫濕度 內(nèi)擾：室內(nèi)設(shè)備、照明、人員等室內(nèi)熱濕源第2頁/共141頁3基本概念 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱作用過程：無論是通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱傳濕還是室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕，其作用形式包括對流換熱（對流質(zhì)交換）、導(dǎo)熱（水蒸汽滲透）和輻射三種形式。對流換熱(對流質(zhì)交換)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱傳濕室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕輻射導(dǎo)熱(水蒸汽滲透)第3頁/共141頁4基本概念 得熱(Heat Gain HG)：某時(shí)刻在內(nèi)外擾作用下進(jìn)入房間的總熱量叫做該時(shí)刻的得熱。如果得熱0，意味著房間失去

2、熱量。 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱過程特點(diǎn)：由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱慣性的存在，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱量與外擾之間存在著衰減和延遲的關(guān)系。第4頁/共141頁5 第一節(jié) 太陽輻射對建筑物的熱作用第5頁/共141頁6非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面所吸收的太陽輻射熱 不同的表面對輻射的波長有選擇性，黑色表面對各種波長的輻射幾乎都是全部吸收，而白色表面可以反射幾乎90的可見光。 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面越粗糙、顏色越深，吸收率就越高，反射率越低。 第6頁/共141頁7太陽輻射在透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的傳遞 玻璃對輻射的選擇性 0.8可見光近紅外線長波紅外線普通玻璃的光譜透射率第7頁/共141頁8第8頁/共141頁9第9頁/共141頁10城市熱島的成因第10頁

3、/共141頁11 城市熱島與CTTCCTTC模型建筑群熱時(shí)間常數(shù)Cluster Thermal Time Cluster Thermal Time ConstantConstant 以色列H. Swaid and M. E. Hoffman提出， 對建筑采取了二維簡化，將建筑群簡化成為周期性起伏的“城市峽谷” 改進(jìn)CTTC模型：Elnahas和Williamson tTtTTtTlwsolba 基準(zhǔn)(背景)溫度 太陽輻射造成的空氣溫升 夜間對天空長波輻射造成的空氣溫降 空氣團(tuán)的溫度 )()(metlwurblwmetsolurbsolmetaurbatTtTtTtTtTtT 氣象站市區(qū)第11頁

4、/共141頁12建筑布局與日照 日照的作用 冬季采暖：充分利用太陽能 自然采光需要：適當(dāng)?shù)纳⑸漭椛?心理需要：冬日室內(nèi)光斑對人的心理有積極作用 影響因素 緯度：決定太陽高度角和日射強(qiáng)度 建筑布局：決定遮擋情況 目標(biāo) 冬天盡量多：但太陽高度角低易被遮擋 夏天盡量少：但太陽高度角高不易被遮擋第12頁/共141頁13建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)寒冷地區(qū)夏熱冬冷區(qū)溫和地區(qū)寒冷地區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)寒冷地區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)第13頁/共141頁14建筑熱濕環(huán)境是如何形成的? 是建筑環(huán)境中最重要的內(nèi)容 主要成因是外擾和內(nèi)擾的影響和建筑本身的熱工性能 外擾：室外氣候參數(shù)，鄰室的空氣溫濕度 內(nèi)擾：室內(nèi)設(shè)備、照明、人員等室內(nèi)熱濕源第1

5、4頁/共141頁15太陽輻射在透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的傳遞 玻璃對輻射的選擇性 0.8可見光近紅外線長波紅外線普通玻璃的光譜透射率第15頁/共141頁16太陽輻射在透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的傳遞 將具有低發(fā)射率、高紅外反射率的金屬（鋁、銅、銀、錫等），使用真空沉積技術(shù)，在玻璃表面沉積一層極薄的金屬涂層，這樣就制成了 Low-e (Low-emissivity) 玻璃。對太陽輻射有高透和低透不同性能。第16頁/共141頁17low-elow-e玻璃的透光選擇性一層low-elow-e玻璃一層普通玻璃第17頁/共141頁18太陽輻射在透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的傳遞 將具有低發(fā)射率、高紅外反射率的金屬（鋁、銅、銀、錫等），使用

6、真空沉積技術(shù)，在玻璃表面沉積一層極薄的金屬涂層，這樣就制成了 Low-e (Low-emissivity) 玻璃。對太陽輻射有高透和低透不同性能。第18頁/共141頁19low-elow-e玻璃的透光選擇性一層low-elow-e玻璃一層普通玻璃第19頁/共141頁20太陽輻射在透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的傳遞(1-r) ao1r(1-r)A(1-r) (1-ao)(1-r)(1-ao) r(1-r) 2(1-ao)(1-r)(1-ao)2 r(1-r)2(1-ao)2 rBC(1-r)(1-ao)4 r3(1-r)2(1-ao)4 r3(1-ao)4(1-r) r4(1-r)(1-ao)3 r3ao(1

7、-r)(1-ao)2 r2(1-r)(1-ao)3r2(1-r)2(1-ao)3r2(1-r)(1-ao)3r3DE(1-r)(1-ao)2 r2ao(1-r)(1-ao) r ao)exp(10KLa 第20頁/共141頁21太陽輻射在透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的傳遞 陽光照射到單層半透明薄層時(shí)，半透明薄層對于太陽輻射的總反射率、吸收率和透射率是陽光在半透明薄層內(nèi)進(jìn)行反射、吸收和透過的無窮次反復(fù)之后的無窮多項(xiàng)之和。第21頁/共141頁22太陽輻射在透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的傳遞 陽光照射到雙層半透明薄層時(shí)，還要考慮兩層半透明薄層之間的無窮次反射，以及再對反射輻射的透過。 假定兩層材料的吸收百分比和反射百分比完全相

8、同，兩層的吸收率相同嗎？ （P48）第22頁/共141頁23室外空氣綜合溫度Solar-air TemperatureSolar-air Temperature第23頁/共141頁24室外空氣綜合溫度 Solar-air Solar-air TemperatureTemperature 定義：考慮了太陽輻射的作用對表面換熱量的增強(qiáng)，相當(dāng)于在室外氣溫上增加了一個太陽輻射的等效溫度值。是為了計(jì)算方便推出的一個當(dāng)量的室外溫度。 如果考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與天空和周圍物體之間的長波輻射： 如果忽略圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與天空和周圍物體之間的長波輻射： outLoutairzQaItt outairzaItt 第2

9、4頁/共141頁25室外空氣綜合溫度Solar-air TemperatureSolar-air Temperature 人們常說的太陽下的“體感溫度”是什么？ 室外空氣綜合溫度與什么因素有關(guān)？ 高反射率鏡面外墻和紅磚外墻的室外空氣綜合溫度是否相同？ 請?jiān)囁阋幌率⑾奶栂碌氖彝饪諝饩C合溫度比空氣溫度高多少？設(shè)空氣溫度為35，柏油路面太陽輻射吸收率為0.98，室外對流換熱系數(shù)為16w/m2，太陽輻射照度為800w/m2.第25頁/共141頁26 圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與環(huán)境的長波輻射換熱QL包括大氣長波輻射以及來自地面和周圍建筑和其他物體外表面的長波輻射。如果僅考慮對天空的大氣長波輻射和對地面的長波輻射

10、，則有： 思考題 白天有天空輻射嗎？ 試算一個夜間的室外空氣綜合溫度是多少？)(444gggskyskywggskywLTxTxTxxQ 天空輻射（夜間輻射，有效輻射）第26頁/共141頁27 第二節(jié) 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞與得熱第27頁/共141頁28基本概念 得熱(Heat Gain HG)：某時(shí)刻在內(nèi)外擾作用下進(jìn)入房間的總熱量叫做該時(shí)刻的得熱。如果得熱0，意味著房間失去熱量。 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱過程特點(diǎn)：由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱慣性的存在，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱量與外擾之間存在著衰減和延遲的關(guān)系。第28頁/共141頁29通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的顯熱得熱第29頁/共141頁30通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程第30頁/共14

11、1頁31通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo) 由于熱慣性存在，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量和溫度的波動幅度與外擾波動幅度之間存在衰減和延遲的關(guān)系。衰減和滯后的程度取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱能力第31頁/共141頁32通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo) 非均質(zhì)板壁的一維不穩(wěn)定導(dǎo)熱過程： 邊界條件： 初始條件t (x,0 ) = f (x)xtxxaxtxat )()(22 0,|)(), 0()( xoutlwsoloutaoutxtxQQtt xshwjimjijijinainxtxQTTxtt|)()()()(),(441,第32頁/共141頁33x=0 x=Qenv通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo) 利用室外空氣綜合溫度簡化外邊

12、界條件： 實(shí)際通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量為： 這部分熱量將以對流換熱和長波輻射的形式向室內(nèi)傳播。只有對流換熱部分直接進(jìn)入了空氣。0|)(), 0()( xzoutxtxtt xcondwallxtxQ|)(,第33頁/共141頁34通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo) 板壁各層溫度隨室外溫度的變化第34頁/共141頁35通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱 前者是考慮在內(nèi)外擾動以及整個房間所有圍護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用下通過一堵墻體的傳熱量 后者是把一堵墻體割裂開來，僅考慮在內(nèi)外擾動作用下通過一堵墻體的傳熱量 目的在于把房間每一堵墻體的得熱求出來，然后進(jìn)行疊加，以求得通過整個房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量。是一些簡化工程算法的需要。第

13、35頁/共141頁36通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)基本物理過程分析 板壁內(nèi)表面溫度同時(shí)受室內(nèi)氣溫、室內(nèi)輻射熱源和其它表面的溫度影響，從而影響總傳熱量 氣象和室內(nèi)氣溫對板壁傳熱量的影響比較確定，容易求得 內(nèi)表面輻射對傳熱量的影響較復(fù)雜，涉及角系數(shù)和各表面溫度 xcondwallxtxQ|)(,第36頁/共141頁37室內(nèi)其他內(nèi)表面溫度如何影響板壁的傳熱？第37頁/共141頁38通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱基本物理過程分析 結(jié)論 即便室外氣象參數(shù)與室內(nèi)空氣溫度是確定的，實(shí)際通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)量也是不確定的受其他壁面溫度高低與室內(nèi)輻射熱源方向的影響。 “通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱”實(shí)際上是一個假設(shè)的

14、量量級上與“通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)量”相當(dāng)，但把受其他壁面溫度與室內(nèi)輻射熱源影響部分忽略了，存在數(shù)值上的偏差。第38頁/共141頁39通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱 為了求得所謂的非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱HGwall，需要規(guī)定假定條件： 假定除所考察的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面以外，其他各室內(nèi)表面的溫度均與室內(nèi)空氣溫度一致 室內(nèi)沒有任何其他短波輻射熱源發(fā)射的熱量落在所考察的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面上，即Qshw0。 此時(shí)，通過該圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量就被定義為通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱，主要反映了室外氣象參數(shù)和室內(nèi)空氣溫度的影響 HGwall = HGwall ,convHGwall,lw第39頁/共141頁40通過非透光

15、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱 內(nèi)表面輻射導(dǎo)致的傳熱量差值 將內(nèi)邊界條件線性化，則可利用線性疊加原理將氣象與室內(nèi)氣溫決定的得熱部分與其它部分分離出來 t = t1 + t2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際傳熱量與得熱的差值為： 如果室內(nèi)各表面溫度高于空氣溫度，且有短波輻射，則Qwall是正值，即實(shí)際條件下通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱傳到室內(nèi)的熱量小于上述定義的通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱量。 mjinajjrinshwxcondwallwallwallttttQxtxQHGQ1,2,22,)()(),(),(|)()( 第40頁/共141頁41通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程第41頁/共141頁42通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱)(,windwind,inaou

16、tacondwindttFKHG 第42頁/共141頁43玻璃窗的種類與熱工性能 窗框型材有木框、鋁合金框、鋁合金斷熱框、塑鋼框、斷熱塑鋼框等 玻璃層數(shù)有單玻、雙玻、三玻等 玻璃層間可充空氣、氮、氬、氪等或有真空夾層 玻璃類別有普通透明玻璃、有色玻璃、低輻射(Low-e)玻璃等 玻璃表面可以有各種輻射阻隔性能的鍍膜，如反射膜、low-e膜、有色遮光膜等，或在兩層玻璃之間的空間中架一層對近紅外線高反射率的熱鏡膜。第43頁/共141頁44玻璃窗的種類與熱工性能 住宅建筑 我國住宅建筑最常見的是鋁合金框或塑鋼框配單層或雙層普通透明玻璃，雙層玻璃間為空氣夾層，北方地區(qū)很多建筑裝有兩層單玻窗。 發(fā)達(dá)國家

17、寒冷地區(qū)的住宅則多裝有充惰性氣體的多層玻璃窗。 大型公共建筑 我國大型公共建筑多采用有色玻璃或反射鍍膜玻璃。部分新建筑采用low-e玻璃。 發(fā)達(dá)國家大型公共建筑多采用高絕熱性能的low-e玻璃。第44頁/共141頁45玻璃窗的種類與熱工性能 不同結(jié)構(gòu)的窗有著不同的熱工性能 U即傳熱系數(shù)Kglass 氣體夾層和玻璃本身均有熱容，但較墻體小。P57第45頁/共141頁46玻璃窗的種類與熱工性能 無色玻璃表面覆蓋無色 low-e 涂層，可使這種玻璃的遮擋系數(shù) Cs 低于0.3 （61）第46頁/共141頁47遮陽方式 現(xiàn)有遮陽方式 內(nèi)遮陽：普通窗簾、百頁窗簾 外遮陽：挑檐、可調(diào)控百頁、遮陽蓬 窗玻璃

18、間遮陽：夾在雙層玻璃間的百頁窗簾，百頁可調(diào)控 我國目前常見遮陽方式 內(nèi)遮陽：窗簾 外遮陽：屋檐、遮雨檐、遮陽蓬第47頁/共141頁48外遮陽第48頁/共141頁49外遮陽和內(nèi)遮陽有何區(qū)別?反射對流透過對流透過反射第49頁/共141頁50窗玻璃間遮陽 Double-skin Facade Double-skin Facade hfloor n pw2ndpw1ohstory n dinternal cavityblindsexternal cavityfloor double glassoutside single glass第50頁/共141頁51通風(fēng)雙層玻璃窗，內(nèi)置百頁第51頁/共141頁5

19、2第52頁/共141頁53通過玻璃窗的長波輻射? 夜間除了通過玻璃窗的傳熱以外，還有由于天空夜間輻射導(dǎo)致的散熱量 采用 low- 玻璃可減少夜間輻射散熱 通過玻璃窗的溫差傳熱量和天空長波輻射的傳熱量可通過各層玻璃的熱平衡求得長波輻射導(dǎo)熱和自然對流換熱長波輻射室內(nèi)表面對玻璃的長波輻射第53頁/共141頁54 透過單位面積玻璃的太陽輻射得熱： 玻璃吸收太陽輻射造成的房間得熱： 原理：玻璃吸熱后會向內(nèi)、外兩側(cè)散熱 成立的條件：如果內(nèi)外氣溫一樣 總得熱：HGwind, solHGglass, + HGglass,adifglassdifDiglassDiglassIIHG, 通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱)(

20、,difdifDiDiinoutoutaglassaIaIRRRHG 第54頁/共141頁55通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱 可利用對標(biāo)準(zhǔn)玻璃的得熱 SSGDi 和 SSGdif 進(jìn)行修正來獲得簡化計(jì)算結(jié)果：windwindnsdifsDisolwindFXCCSSGXSSGHG)(, 第55頁/共141頁56通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱 通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)總得熱量通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱得熱量通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽輻射得熱量： 上述得熱量與通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際進(jìn)入室內(nèi)的熱量之間有差別 室內(nèi)外氣溫不一樣，采用標(biāo)準(zhǔn)玻璃的太陽得熱量SSG求得的HGwind,sol部分 與實(shí)際情況存在偏差 玻璃實(shí)際表面溫

21、度變化帶來偏差windglassnsdifsDiinoutawindsolwindcondwindwindFXCCSSGXSSGttKHGHGHG)()()()()()()(, 第56頁/共141頁57 outaviiinvK 1111通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的濕傳遞 濕傳遞的動力是水蒸氣分壓力的差。墻體中水蒸氣的傳遞過程與墻體中的熱傳遞過程相類似：w = Kv (Pout - Pin) kg/sm2 水蒸汽滲透系數(shù)，kg/(Ns) 或 s/m：第57頁/共141頁58飽和水蒸汽分壓力溫度實(shí)際水蒸汽分壓力通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的濕傳遞 當(dāng)墻體內(nèi)實(shí)際水蒸汽分壓力高于飽和水蒸汽分壓力時(shí)，就可能出現(xiàn)凝結(jié)或凍結(jié)，影響墻體保

22、溫能力和強(qiáng)度。第58頁/共141頁59其他得熱來源第59頁/共141頁60第60頁/共141頁61第61頁/共141頁62習(xí)題 為什么我國北方住宅嚴(yán)格遵守座北朝南的原則，而南方（尤其是華南地區(qū)）住宅并不嚴(yán)格遵守此原則？ 是空氣溫度改變導(dǎo)致地面溫度改變，還是地面溫度改變導(dǎo)致空氣溫度改變？ 晴朗的夏夜，氣溫25，有效天空溫度能達(dá)到多少？ 如果沒有大氣層，有效天空溫度應(yīng)該是多少？p23地表的黑度波爾茲曼常數(shù)地表溫度溫度第62頁/共141頁63習(xí)題 為什么晴朗天氣的凌晨樹葉表面容易結(jié)露或結(jié)霜？ 為保證日照時(shí)間滿足規(guī)范要求，南方地區(qū)和北方地區(qū)要求的最小住宅樓間距是否相同？為什么？ 采用高反射率的地面對住

23、區(qū)微氣候是改善了還是惡化了？為什么？ 水體和植被對熱島現(xiàn)象起什么作用？機(jī)理是什么？第63頁/共141頁64室外空氣綜合溫度 Solar-air Solar-air TemperatureTemperature 考慮了太陽輻射的作用對表面換熱量的增強(qiáng)，相當(dāng)于在室外氣溫上增加了一個太陽輻射的等效溫度值。是為了計(jì)算方便推出的一個當(dāng)量的室外溫度。 如果考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與天空和周圍物體之間的長波輻射： 如果忽略圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與天空和周圍物體之間的長波輻射： outLoutairzQaItt outairzaItt 第64頁/共141頁65 圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與環(huán)境的長波輻射換熱QL包括大氣長波輻射以及來自

24、地面和周圍建筑和其他物體外表面的長波輻射。如果僅考慮對天空的大氣長波輻射和對地面的長波輻射，則有： 思考題 白天有天空輻射嗎？ 試算一個夜間的室外空氣綜合溫度是多少？)(444gggskyskywggskywLTxTxTxxQ 天空輻射（夜間輻射，有效輻射）第65頁/共141頁66通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo) 由于熱慣性存在，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量和溫度的波動幅度與外擾波動幅度之間存在衰減和延遲的關(guān)系。衰減和滯后的程度取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱能力第66頁/共141頁67通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo) 非均質(zhì)板壁的一維不穩(wěn)定導(dǎo)熱過程： 邊界條件： t (x,0 ) = f (x)xtxxaxtxat )()

25、(22 0,|)(), 0()( xoutlwsoloutaoutxtxQQtt xshwjimjijijinainxtxQTTxtt|)()()()(),(441,第67頁/共141頁68x=0 x=Qenv通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo) 利用室外空氣綜合溫度簡化外邊界條件： 實(shí)際通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量為： 這部分熱量將以對流換熱和長波輻射的形式向室內(nèi)傳播。只有對流換熱部分直接進(jìn)入了空氣。0|)(), 0()( xzoutxtxtt xcondwallxtxQ|)(,第68頁/共141頁69通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱 為了求得所謂的非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱HGwall，需要規(guī)定假定條件： 假定除所

26、考察的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面以外，其他各室內(nèi)表面的溫度均與室內(nèi)空氣溫度一致 室內(nèi)沒有任何其他短波輻射熱源發(fā)射的熱量落在所考察的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面上，即Qshw0。 此時(shí)，通過該圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量就被定義為通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱，主要反映了室外氣象參數(shù)和室內(nèi)空氣溫度的影響 HGwall = HGwall ,convHGwall,lw第69頁/共141頁70通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱 內(nèi)表面輻射導(dǎo)致的傳熱量差值 將內(nèi)邊界條件線性化，則可利用線性疊加原理將氣象與室內(nèi)氣溫決定的得熱部分與其它部分分離出來 t = t1 + t2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱與實(shí)際傳熱量的差值為： 如果室內(nèi)各表面溫度高于空氣溫度，且有短波輻射，

27、則Qwall是正值，即實(shí)際條件下通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱傳到室內(nèi)的熱量小于上述定義的通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱量。 mjinajjrinshwxcondwallwallwallttttQxtxQHGQ1,2,22,)()(),(),(|)()( 第70頁/共141頁71 室內(nèi)顯熱熱源包括照明、電器設(shè)備、人員 顯熱熱源散熱的形式 輻射：進(jìn)入墻體內(nèi)表面、空調(diào)輻射板、透過玻璃窗到室外、其它室內(nèi)物體表面（家具、人體等）； 對流：直接進(jìn)入空氣。 顯熱熱源輻射散熱的波長特征 可見光和近紅外線：燈具、高溫?zé)嵩矗姞t等） 長波輻射：人體、常溫設(shè)備 其他得熱來源：室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕第71頁/共141頁72其他得熱來源：室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)

28、濕 室內(nèi)濕源包括人員、水面、產(chǎn)濕設(shè)備 散濕形式：直接進(jìn)入空氣 得熱往往考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)和家具的蓄熱，“得濕”一般不考慮“蓄濕” 濕源與空氣進(jìn)行質(zhì)交換同時(shí)一般伴隨顯熱交換 有熱源濕表面：水分被加熱蒸發(fā)，向空氣加入了顯熱和潛熱，顯熱交換量取決于水表面積 無熱源濕表面：等焓過程， 室內(nèi)空氣的顯熱轉(zhuǎn)化為潛熱 蒸汽源：可僅考慮潛熱交換第72頁/共141頁73其他得熱來源：人體散熱散濕 見第四章！第73頁/共141頁74其他得熱來源：空氣滲透帶來的得熱 原因：室內(nèi)外存在壓差（熱壓和風(fēng)壓） 夏季：室內(nèi)外溫差小，風(fēng)壓是主要動力 冬季：室內(nèi)外溫差大，熱壓作用往往強(qiáng)于風(fēng)壓，造成底層房間熱負(fù)荷偏大。因此冬季冷風(fēng)滲透往往

29、不可忽略。 工程應(yīng)用：縫隙法、換氣次數(shù)法 縫隙法 La=klal（修正系數(shù)見p69） 換氣次數(shù)法 La=nV 空氣滲透帶來的總得熱： HGinfil=aLa(hout-hin)第74頁/共141頁75冷負(fù)荷與熱負(fù)荷Cooling load & Heating load第75頁/共141頁76冷負(fù)荷與熱負(fù)荷 冷負(fù)荷： 維持室內(nèi)空氣熱濕參數(shù)為某恒定值時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)從室內(nèi)除去的熱量，包括顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷兩部分。 如果把潛熱負(fù)荷表示為單位時(shí)間內(nèi)排除的水分，則又可稱作濕負(fù)荷。 熱負(fù)荷： 維持室內(nèi)空氣熱濕參數(shù)為某恒定值時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)向室內(nèi)加入的熱量，包括顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷兩部分。 如果只控制

30、室內(nèi)溫度，則熱負(fù)荷就只包括顯熱負(fù)荷。 冷熱負(fù)荷的大小與去除負(fù)荷的方式有關(guān) 送風(fēng)方式還是輻射方式？第76頁/共141頁77負(fù)荷的大小與去除或補(bǔ)充熱量的方式有關(guān) 常規(guī)的送風(fēng)方式空調(diào)需要去除的是進(jìn)入到空氣中的得熱量。第77頁/共141頁78各種得熱進(jìn)入空氣的途徑 潛熱得熱、滲透空氣得熱 得熱立刻成為瞬時(shí)冷負(fù)荷 通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱、通過玻璃窗日射得熱、室內(nèi)顯熱源散熱 對流得熱部分立刻成為瞬時(shí)冷負(fù)荷 輻射得熱部分先傳到各內(nèi)表面，再以對流形式進(jìn)入空氣成為瞬時(shí)冷負(fù)荷，因此負(fù)荷與得熱在時(shí)間上存在延遲。第78頁/共141頁79得熱與冷負(fù)荷的關(guān)系蓄熱量需除去的蓄熱量實(shí)際冷負(fù)荷照明得熱量熱量瞬時(shí)得熱量瞬時(shí)冷負(fù)荷需除去

31、的蓄熱量蓄熱量第79頁/共141頁80得熱與冷負(fù)荷的關(guān)系 冷負(fù)荷與得熱有關(guān)，但不一定相等 決定因素 空調(diào)形式 送風(fēng)：負(fù)荷對流部分 輻射：負(fù)荷對流部分輻射部分 熱源特性：對流與輻射的比例是多少？（P71表3-13） 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能： 蓄熱能力如何？如果熱容為0呢？ 如果內(nèi)表面完全絕熱呢？ 房間的構(gòu)造（角系數(shù)） 注意：輻射的存在是延遲和衰減的根源！ 第80頁/共141頁81第81頁/共141頁82房間空氣的熱平衡關(guān)系(空氣參數(shù)恒定) 排除的對流熱室內(nèi)熱源對流得熱 壁面對流得熱滲透得熱第82頁/共141頁83室內(nèi)熱源對流得熱室內(nèi)熱源總得熱 室內(nèi)熱源對流得熱向室內(nèi)表面的長波輻射向室內(nèi)表面的短波輻射第

32、83頁/共141頁84壁面對流得熱通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱得熱 本壁面獲得的通過玻璃窗的日射得熱 壁面對流得熱 本壁面向空調(diào)輻射板的輻射 本壁面向其他壁面的長波輻射 本壁面向熱源的輻射第84頁/共141頁85房間空氣熱平衡的數(shù)學(xué)表達(dá)式 對長波輻射項(xiàng)進(jìn)行了線性化而導(dǎo)出twalltwalliltwindHconvsclQHGHGHGHGHEQinf,twalliltwindtwallHradconvsclQHGHGHGHGHEHEQinf,第85頁/共141頁86討論：采用輻射板空調(diào)的負(fù)荷 在室內(nèi)空氣參數(shù)相同的情況下，采用輻射板空調(diào)的負(fù)荷比送風(fēng)空調(diào)負(fù)荷大還是??？ 出現(xiàn)低溫表面tsf,j ，Qwall變小

33、，負(fù)荷偏大了！ 更簡單的理解方法：輻射空調(diào)的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度有何變化？通過外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量是增加了還是減少了？niNjinajsfxijriinttrnsolwindtshwHtwallttttHGHGQ)(|1, 2, 2*,窗太陽透過熱源短波輻射室內(nèi)輻射導(dǎo)致墻體溫升內(nèi)表面間長波輻射項(xiàng)第86頁/共141頁87總負(fù)荷與除熱量 總負(fù)荷 niicondwalliltwindHLilLHtwalltwallSiltwindSHLSLclsclclQHGHGHGHGHGQHGHGHGHGHGHGQQQ,inf,inf,inf,第87頁/共141頁88 除熱量 當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)間歇使用時(shí)，室溫有一定的波動

34、，引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)額外的蓄熱和放熱，結(jié)果使得空調(diào)設(shè)備要自室內(nèi)多取走一些熱量。這種在非穩(wěn)定工況下空調(diào)設(shè)備自室內(nèi)帶走的熱量稱為除熱量。 因此，室內(nèi)空氣參數(shù)變化時(shí)，采用“除熱量”來描述需要排除的熱量。顯熱除熱量的計(jì)算： 空調(diào)系統(tǒng)對流除熱量+空氣的顯熱增值=室內(nèi)熱源表面對流得熱+內(nèi)表面i的對流換熱+滲透顯熱得熱第88頁/共141頁89xtxxaxtxat )()(22)(),(|),(|),(,xfxtxtQQttxtttxshwlwinainxoutaout 000 典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹非均勻板壁的不穩(wěn)定傳熱:)()(441 jimjijijlwTTxQ 第89頁/共141頁90當(dāng)量溫差法諧波反應(yīng)法

35、諧波分解法冷負(fù)荷系數(shù)法冷負(fù)荷溫差法反應(yīng)系數(shù)法負(fù)荷計(jì)算法1946. USA1950s. USSR1967. Canada典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹 目的：使負(fù)荷計(jì)算能夠在工程應(yīng)用中實(shí)施 發(fā)展：由不區(qū)分得熱和冷負(fù)荷發(fā)展到考慮二者的區(qū)別第90頁/共141頁91 穩(wěn)態(tài)算法 不考慮建筑蓄熱，負(fù)荷預(yù)測值偏大 動態(tài)算法，積分變換求解微分方程 冷負(fù)荷系數(shù)法、諧波反應(yīng)法：夏季設(shè)計(jì)日動態(tài)模擬。 計(jì)算機(jī)模擬軟件 DOE2(美國)、HASP(日本)、ESP(英國) DeST(清華)常用的負(fù)荷求解法第91頁/共141頁92穩(wěn)態(tài)算法 方法 采用室內(nèi)外瞬時(shí)溫差或平均溫差，負(fù)荷與以往時(shí)刻的傳熱狀況無關(guān)： QKFT 特點(diǎn) 簡單，

36、可手工計(jì)算 未考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱性能，計(jì)算誤差偏大 應(yīng)用條件 蓄熱小的輕型簡易圍護(hù)結(jié)構(gòu) 室內(nèi)外溫差平均值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于室內(nèi)外溫差的波動值第92頁/共141頁93-15-10-505101520253035024681012141618202224夏季室內(nèi)控制溫度夏季室外氣溫冬季室內(nèi)控制溫度冬季室外氣溫溫度()夏季t冬季t時(shí)間26261828.628.69穩(wěn)態(tài)算法舉例： 北京室外氣溫和室內(nèi)控制溫度比較第93頁/共141頁94積分變換法原理 對于常系數(shù)的線性偏微分方程，采用積分變換如 傅立葉變換 或 拉普拉斯變換。積分變換的概念是把函數(shù)從一個域中移到另一個域中，在這個新的域中，函數(shù)呈現(xiàn)較簡單的形式，因此

37、可以求出解析解。然后再對求得的變換后的方程解進(jìn)行逆變換，獲得最終的解。第94頁/共141頁95為何板壁不穩(wěn)定傳熱適用拉普拉斯變換？ 拉普拉斯變換的應(yīng)用條件 時(shí)間變化范圍為半無窮區(qū)間（0，+） 必須是線性定常系統(tǒng) 拉普拉斯變換的特點(diǎn) 復(fù)雜函數(shù)變?yōu)楹唵魏瘮?shù) 偏微分方程變換為常微分方程 常微分方程變換為代數(shù)方程 拉普拉斯變換的解 傳遞矩陣或s-傳遞函數(shù)的解的形式第95頁/共141頁96G(s)Input(s)Output(s)系統(tǒng)系統(tǒng)Input( )Output( )積分變換法原理 傳遞函數(shù)G(s)僅由系統(tǒng)本身的特性決定，而與輸入量、輸出量無關(guān)，因此建筑的材料和形式一旦確定，就可求得其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳遞

38、函數(shù)。這樣就可以通過輸入量和傳遞函數(shù)求得輸出量。)()()()()(00sIsOdeIdeOsGss 第96頁/共141頁97應(yīng)用條件 對于普通材料的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程，在其一般溫度變化的范圍內(nèi)，材料的物性參數(shù)變化不大，可近似看作是常數(shù)，可采用拉普拉斯變換法來求解。 對于采用材料的物性參數(shù)隨溫度或時(shí)間有顯著變化的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程，就不能采用拉普拉斯變換法來求解。第97頁/共141頁98線性定常系統(tǒng)的特性 可應(yīng)用疊加原理對輸入的擾量和輸出的響應(yīng)進(jìn)行分解和疊加。 當(dāng)輸入擾量作用的時(shí)間改變時(shí)，輸出響應(yīng)的時(shí)間在產(chǎn)生同向、同量的變化，但輸出響應(yīng)的函數(shù)不會改變。 可把輸入量進(jìn)行分解或離散為簡單函數(shù)，再利

39、用變換法進(jìn)行求解。求出分解或離散了的單元輸入的響應(yīng)，這些響應(yīng)也應(yīng)該呈簡單函數(shù)形式。再把這些單元輸入的響應(yīng)進(jìn)行疊加，就可以得出實(shí)際輸入量連續(xù)作用下的系統(tǒng)的響應(yīng)輸出量。第98頁/共141頁99輸入邊界條件的處理方法 輸入邊界條件的處理步驟 邊界條件的離散或分解； 求對單元擾量的響應(yīng)； 把對單元擾量的響應(yīng)進(jìn)行疊加和疊加積分求和。 兩種基于積分變換的負(fù)荷計(jì)算法：函數(shù)均采用拉普拉斯變換，邊界條件的處理方法不同 對邊界條件進(jìn)行傅立葉級數(shù)分解：諧波反應(yīng)法 對邊界條件進(jìn)行時(shí)間序列離散：反應(yīng)系數(shù)法第99頁/共141頁100-5-55 515152525353545450 01440144028802880 43

40、204320 5760576072007200 86408640溫度()溫度()時(shí)間時(shí)間(h)武漢市室外干球溫度的全年變化第100頁/共141頁101-5-55 515152525353545450 014401440 28802880 43204320 57605760 72007200 8640864016.9-200200144028804320576072008640-7.507.5050100150輸入邊界條件的處理方法：諧波反應(yīng)法：傅立傅立葉級數(shù)分解葉級數(shù)分解第101頁/共141頁102輸入邊界條件的處理方法：冷負(fù)荷系數(shù)法：時(shí)間序列離散時(shí)間序列離散第102頁/共141頁103兩種積

41、分變換法 反應(yīng)系數(shù)法(冷負(fù)荷系數(shù)法)： 任何連續(xù)曲線均可離散為脈沖波之和。將外擾分解為脈沖，分別求得脈沖外擾的室內(nèi)響應(yīng)，再進(jìn)行疊加 室內(nèi)負(fù)荷。 對應(yīng)離散系統(tǒng)，拉普拉斯變換轉(zhuǎn)化為Z變換 諧波反應(yīng)法： 任何一連續(xù)可導(dǎo)曲線均可分解為正(余)弦波之和。把外擾分解為余弦波，分別求出每個正(余)弦波外擾的室內(nèi)響應(yīng)，并進(jìn)行疊加。第103頁/共141頁104 00.20.40.60.81123456789 10 11 12 13時(shí)間(時(shí))熱量比例得熱負(fù)荷第104頁/共141頁10500.10.20.30.40.50.60.70.80.912345678910111213時(shí)間(時(shí))負(fù)荷第105頁/共141頁10

42、600.10.20.30.40.50.60.70.80.9113579111315171921時(shí)間(時(shí))負(fù)荷第106頁/共141頁107第107頁/共141頁108第108頁/共141頁109冷負(fù)荷與熱負(fù)荷 冷負(fù)荷： 維持室內(nèi)空氣熱濕參數(shù)為某恒定值時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)從室內(nèi)除去的熱量，包括顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷兩部分。 如果把潛熱負(fù)荷表示為單位時(shí)間內(nèi)排除的水分，則又可稱作濕負(fù)荷。 熱負(fù)荷： 維持室內(nèi)空氣熱濕參數(shù)為某恒定值時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)向室內(nèi)加入的熱量，包括顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷兩部分。 如果只控制室內(nèi)溫度，則熱負(fù)荷就只包括顯熱負(fù)荷。 冷熱負(fù)荷的大小與去除負(fù)荷的方式有關(guān) 送風(fēng)方式還是輻射方式？第109頁/

43、共141頁110得熱與冷負(fù)荷的關(guān)系蓄熱量需除去的蓄熱量實(shí)際冷負(fù)荷照明得熱量熱量瞬時(shí)得熱量瞬時(shí)冷負(fù)荷需除去的蓄熱量蓄熱量第110頁/共141頁111房間空氣熱平衡的數(shù)學(xué)表達(dá)式 對長波輻射項(xiàng)進(jìn)行了線性化而導(dǎo)出twalliltwindtwallHradconvsclQHGHGHGHGHEHEQ inf,第111頁/共141頁112討論：采用輻射板空調(diào)的負(fù)荷 在室內(nèi)空氣參數(shù)相同的情況下，采用輻射板空調(diào)的負(fù)荷比送風(fēng)空調(diào)負(fù)荷大還是??？ 出現(xiàn)低溫表面tsf,j ，Qwall變小，負(fù)荷偏大了！ 更簡單的理解方法：輻射空調(diào)的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度有何變化？通過外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量是增加了還是減少了？niNjinajs

44、fxijriinttrnsolwindtshwHtwallttttHGHGQ)(|1, 2, 2*,窗太陽透過熱源短波輻射室內(nèi)輻射導(dǎo)致墻體溫升內(nèi)表面間長波輻射項(xiàng)第112頁/共141頁113 除熱量 當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)間歇使用時(shí)，室溫有一定的波動，引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)額外的蓄熱和放熱，結(jié)果使得空調(diào)設(shè)備要自室內(nèi)多取走一些熱量。這種在非穩(wěn)定工況下空調(diào)設(shè)備自室內(nèi)帶走的熱量稱為除熱量。 因此，室內(nèi)空氣參數(shù)變化時(shí)，采用“除熱量”來描述需要排除的熱量。顯熱除熱量的計(jì)算： 空調(diào)系統(tǒng)對流除熱量+空氣的顯熱增值=室內(nèi)熱源表面對流得熱+內(nèi)表面i的對流換熱+滲透顯熱得熱第113頁/共141頁114 穩(wěn)態(tài)算法 不考慮建筑蓄熱，負(fù)荷預(yù)測

45、值偏大 動態(tài)算法，積分變換求解微分方程 冷負(fù)荷系數(shù)法、諧波反應(yīng)法：夏季設(shè)計(jì)日動態(tài)模擬。 計(jì)算機(jī)模擬軟件 DOE2(美國)、HASP(日本)、ESP(英國) DeST(清華)常用的負(fù)荷求解法第114頁/共141頁115兩種積分變換法 反應(yīng)系數(shù)法(冷負(fù)荷系數(shù)法)： 任何連續(xù)曲線均可離散為脈沖波之和。將外擾分解為脈沖，分別求得脈沖外擾的室內(nèi)響應(yīng)，再進(jìn)行疊加 室內(nèi)負(fù)荷。 對應(yīng)離散系統(tǒng)，拉普拉斯變換轉(zhuǎn)化為Z變換 諧波反應(yīng)法： 任何一連續(xù)可導(dǎo)曲線均可分解為正(余)弦波之和。把外擾分解為余弦波，分別求出每個正(余)弦波外擾的室內(nèi)響應(yīng)，并進(jìn)行疊加。第115頁/共141頁116反應(yīng)系數(shù)法 反應(yīng)系數(shù)的大小即反應(yīng)了

46、某一項(xiàng)因素對某時(shí)刻負(fù)荷大小的影響程度。 反應(yīng)系數(shù)為01，相當(dāng)于影響為0100%。 內(nèi)外擾的處理 內(nèi)擾采用冷負(fù)荷系數(shù) 日射冷負(fù)荷采用冷負(fù)荷系數(shù) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱采用冷負(fù)荷溫度第116頁/共141頁117第117頁/共141頁118第118頁/共141頁119 穩(wěn)態(tài)算法 不考慮建筑蓄熱，負(fù)荷預(yù)測值偏大 動態(tài)算法，積分變換求解微分方程 冷負(fù)荷系數(shù)法、諧波反應(yīng)法：夏季設(shè)計(jì)日動態(tài)模擬。 計(jì)算機(jī)模擬軟件 DOE2(美國)、HASP(日本)、ESP(英國) DeST(清華)常用的負(fù)荷求解法第119頁/共141頁120兩種積分變換法 反應(yīng)系數(shù)法(冷負(fù)荷系數(shù)法)： 任何連續(xù)曲線均可離散為脈沖波之和。將外擾分解為脈沖

47、，分別求得脈沖外擾的室內(nèi)響應(yīng)，再進(jìn)行疊加 室內(nèi)負(fù)荷。 對應(yīng)離散系統(tǒng)，拉普拉斯變換轉(zhuǎn)化為Z變換 諧波反應(yīng)法： 任何一連續(xù)可導(dǎo)曲線均可分解為正(余)弦波之和。把外擾分解為余弦波，分別求出每個正(余)弦波外擾的室內(nèi)響應(yīng)，并進(jìn)行疊加。第120頁/共141頁121第121頁/共141頁122反應(yīng)系數(shù)法第122頁/共141頁123反應(yīng)系數(shù)法第123頁/共141頁124諧波反應(yīng)法 對外擾的分解：室外空氣綜合溫度 tz () = tzp+ tz () = tzp+ tzn sin(n + n) = A0+ An sin(2n/T + n) 對外擾的響應(yīng)形式：圍護(hù)結(jié)構(gòu)對不同頻率外擾有一定的衰減n=An/Bn與延

48、遲n，響應(yīng)也是傅立葉級數(shù)形式： tin,n () = An/nsin(2n/T+n-n) 通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成的負(fù)荷：疊加tin,n ()可得出tin()，通過tin()和室內(nèi)熱平衡就可求出負(fù)荷。第124頁/共141頁125諧波反應(yīng)法 玻璃窗冷負(fù)荷 傳熱溫差用外氣溫而不是室外綜合溫度： Qcl() = KF t() = KF twp tin + twn sin(n + n) 內(nèi)擾冷負(fù)荷 對內(nèi)擾響應(yīng)的分解方法類似對外擾響應(yīng)的分解。第125頁/共141頁126諧波反應(yīng)法的簡化算法 算法繁瑣，故需要簡化 傳導(dǎo)部分(墻、窗)： Qcl() = KFt- t為負(fù)荷溫差，例：室溫26時(shí)溫差，可修正。算法同冷負(fù)荷系數(shù)法。 日射部分：Qcl() = xgxdCnCsFJ() xg窗有效面積系數(shù)，xd地點(diǎn)修正系數(shù)，J()為負(fù)荷強(qiáng)度。 xdJ()相當(dāng)于冷負(fù)荷系數(shù)法的DmaxCcl()，xgF相當(dāng)于冷負(fù)荷系數(shù)法的F。 內(nèi)擾部分： Qcl() = HG(0) JX - o JX - o為設(shè)備負(fù)荷強(qiáng)度系數(shù)( - 0時(shí)刻)，同冷負(fù)荷系數(shù)法的C