高層建筑空調(diào)負(fù)荷計算方面的特點

1、高層建筑空調(diào)負(fù)荷計算高層建筑空調(diào)負(fù)荷計算方面的特點方面的特點n 高層建筑影響負(fù)荷計算和圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的因素有：室外風(fēng)速隨高度變室外風(fēng)速隨高度變化而引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面放熱系數(shù)的化而引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面放熱系數(shù)的變化；熱壓和風(fēng)壓引起的空氣滲透；圍變化；熱壓和風(fēng)壓引起的空氣滲透；圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面的夜間輻射；圍護(hù)結(jié)構(gòu)蒸護(hù)結(jié)構(gòu)外表面的夜間輻射；圍護(hù)結(jié)構(gòu)蒸氣的滲透和凝結(jié)等。氣的滲透和凝結(jié)等。一、圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面放熱系數(shù)的變化一、圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面放熱系數(shù)的變化n1、風(fēng)速隨高度的變化、風(fēng)速隨高度的變化 氣象臺記錄的風(fēng)速一般是指在地面上10-15m處測得的風(fēng)速，如果高度再高風(fēng)速就會更大。在一般地面上的建筑群的高度

2、范圍內(nèi)(20m以下)，風(fēng)速變化不大，風(fēng)速受高度影響可以忽略。但是在高層建筑則不可忽視其影響，必須對風(fēng)速進(jìn)行修正。 風(fēng)速變化主要影響的是圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面放熱系數(shù)和滲透風(fēng)。 n 高度與風(fēng)速的關(guān)系可按以下經(jīng)驗公式計算 基準(zhǔn)高度h0處的風(fēng)速可根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笳九_取用?；鶞?zhǔn)高度通常指海拔10m。 指數(shù)。 - ; ）m/s處的風(fēng)速（基準(zhǔn)高度 ）m/s處的風(fēng)速（高度 為 式中 0000nhvhvhhvvn；n指數(shù)n主要與測定地點的地面粗糙度和溫度的垂直梯度有關(guān)，對空曠和臨海地區(qū)，n=0.14；對市中心：英國用0.5；日本用0.33-0.2；美國用0.17。對市郊，且不是空曠和臨海地區(qū)周圍有底層建筑時，可取0.2。

3、如果基準(zhǔn)高度處風(fēng)速相同，在同樣高度，市中心和郊區(qū)哪個風(fēng)速大？基準(zhǔn)高度為10mn2 、表面放熱系數(shù)、表面放熱系數(shù)外表面放熱系數(shù)的大小首先取決于風(fēng)速，其次外表面放熱系數(shù)的大小首先取決于風(fēng)速，其次是表面粗糙程度。由于風(fēng)速隨高度的增大，建是表面粗糙程度。由于風(fēng)速隨高度的增大，建筑物表面的對流放熱系數(shù)也相應(yīng)增大，從而增筑物表面的對流放熱系數(shù)也相應(yīng)增大，從而增加了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)。加了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)總傳熱系數(shù)如何計算？圍護(hù)結(jié)構(gòu)總傳熱系數(shù)如何計算？內(nèi)、外表面放熱系數(shù)受哪些因素影響？內(nèi)、外表面放熱系數(shù)受哪些因素影響？風(fēng)速3m/s 從一個表面至另一個表面的輻射換熱量為：（1）輻射放熱系數(shù)受哪些因

4、素的影響？受哪些因素的影響？ 壁體表面與空氣之間的對流放熱量可用下式表示：（2）對流放熱系數(shù) 對流放熱系數(shù)和表面的形狀、氣流流速、表面與氣流間溫差、氣流物性(導(dǎo)熱系數(shù)、動力粘度、重度、比熱、熱擴(kuò)散系數(shù)和體積膨脹系數(shù))等有關(guān)。 對流放熱系數(shù)出現(xiàn)在努謝爾準(zhǔn)則(Nu)中，通用的準(zhǔn)則方程為： 對于垂直受迫對流時的表面對流放熱系數(shù)，一般可用以下的實驗公式計算，10m 3m/s 23.3W/m2.K100 6.45m/s 30.55W/m2.K (按表面中等粗糙計算) 從傳熱系數(shù)計算式也可知，傳熱系數(shù)除與表面放熱系數(shù)有關(guān)外，還與外壁本身的熱阻有關(guān)。保溫性能差的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，風(fēng)速對傳熱的影響越顯著，例如：窗玻璃

5、的傳熱系數(shù)可增加約15。故對窗面積大的單層普通玻璃的建筑物，風(fēng)速增加，負(fù)荷增加大，在實際計算時，可以每幾層(例如4-5層)作為一豎向區(qū)域，對放熱系數(shù)進(jìn)行修正。 二、二、 熱壓和風(fēng)壓引起的空氣滲透熱壓和風(fēng)壓引起的空氣滲透n 空氣滲透是指由熱壓和風(fēng)壓引起的滲入室內(nèi)的室外空氣量或滲出室外的室內(nèi)空氣量。這部分空氣量增加了空調(diào)的負(fù)荷。對高層建筑來說是不容忽略的。n 滲透風(fēng)量的計算方法有作用壓差法、面積法和換氣次數(shù)法。1、 作用壓差法作用壓差法 通過門、窗縫隙滲入的空氣量可按下式計算：窗的類型和氣密程度（1 ）由熱壓引起的維護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外壓差）由熱壓引起的維護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外壓差 建筑物樓梯間或電梯豎井等與各層相通，

6、特別是冬季取暖時，室內(nèi)外的溫差很大，由于室內(nèi)外空氣的容重差和氣柱的高度使氣流產(chǎn)生一上升的推動力，這就是煙煙囪效應(yīng)囪效應(yīng)。冷空氣就會從低層部分的門和窗滲入而從高層部分的縫隙滲出。 在冬季，由于這種煙囪作用，使得經(jīng)過底層出入口的室外冷空氣量比低層建筑出入口的室外冷空氣量大很多。為避免門廳部分溫度過低，要采取措施，如裝雙重門、旋轉(zhuǎn)門、通向樓梯間的門要做成常閉式的等。 在夏季，由于室外氣溫比室內(nèi)氣溫高，將產(chǎn)生與冬季呈反向的氣流運動，但由于室內(nèi)外溫差不大，反向煙囪作用并不嚴(yán)重，可不必考慮。 建筑物在熱壓作用下的壓力分布圖建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外壓差：式中：P在h高度處的內(nèi)外壓力差 (Pa)， hm中和面的高

7、度(m)， h計算高度(m)， w，n室外空氣和豎井（樓梯井或電梯井）內(nèi)空氣密度kg/m3， cr 熱壓系數(shù)。 熱壓系數(shù)與建筑物從外至內(nèi)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)門窗縫隙的氣流程度和內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的數(shù)量多少有關(guān)。Cr值因不同類型、不同結(jié)構(gòu)的建筑物而不同。（2）由風(fēng)壓所引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外壓差）由風(fēng)壓所引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外壓差作用在建筑物外表面的風(fēng)壓為：式中：w室外空氣的密度(kgm3。)； v不同高度處風(fēng)速(ms)； v0基準(zhǔn)高度處風(fēng)速(ms)； h，h0計算高度和基淮高度(m)； n指數(shù)； Cf風(fēng)壓系數(shù)，與迎風(fēng)面、背風(fēng)面以及建筑物寬高比有關(guān)。Cf值 （3）由熱壓和風(fēng)壓同時作用而引起的）由熱壓和風(fēng)壓同時作用而引起的滲

8、透空氣量滲透空氣量 下圖所示為在熱壓和風(fēng)壓作用下的建筑物內(nèi)側(cè)壓力分布。(a)為風(fēng)壓單獨作用(b) 為熱壓單獨作用；(c)為迎風(fēng)面風(fēng)壓和熱壓綜合作用；(d)為背風(fēng)面風(fēng)壓和熱壓綜合作用。n 在風(fēng)壓和熱壓同時作用下，迎風(fēng)面中和面上移；背風(fēng)面中和面下移。n 風(fēng)壓和熱壓綜合作用下的壓力分布：（4）滲入空氣所消耗的熱量和冷量）滲入空氣所消耗的熱量和冷量2 、面積法、面積法通過每平方米面積的窗的滲透風(fēng)量3、 換氣次數(shù)法換氣次數(shù)法 這是一種最簡易的概略計算法，通常只用于估算和校核。根據(jù)換氣次數(shù)計算滲透風(fēng)（鋁合金窗）三、三、 夜間輻射夜間輻射 建筑物表面由于有一定的溫度，以長波輻射形式向大氣發(fā)出輻射；同時從大氣

9、接受輻射熱。兩者之差為建筑物向天空發(fā)散的輻射熱，稱為有效輻射或夜間有效輻射或夜間輻射輻射。 夏季降溫時，因夜間輻射而使建筑物降溫，對夏季空調(diào)是一有利因素。通常忽略因夜間輻射建筑物所損失的熱量，負(fù)荷計算時作為安全因素考慮。 高層建筑的夜間輻射要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于底 層建筑，why? 冬季采暖時，由于室外空氣溫度低，建筑物被加熱，在沒有日射的夜間，建筑物外表的夜間輻射增加，對冬季空調(diào)或采暖是一不利因素。這一輻射量有時高達(dá)31.7Wm2。地面上的建筑群，由于相互產(chǎn)生輻射，故可認(rèn)為夜間輻射量相互抵消；但對高層建筑而言，伸入天空，周圍無障礙物時，夜間輻射損失將大得多，在24小時供暖的高層建筑，這種熱損失是不可忽視

10、的。 特別不可忽視高層建筑玻璃窗表面輻射的熱量，因為玻璃熱阻比墻體熱阻小，外表面溫度比墻體高，夜間輻射量更大。 下表是某建筑物冬季從玻璃表面散失的熱損失，考慮夜間輻射和不考慮夜間輻射兩種情況的計算結(jié)果比較。 在室外空氣計算溫度不同時，計算不同建筑物高度處單層、雙層玻璃窗的熱損失(晴天和云陰天)。如高層建筑考慮夜間輻射的熱損失與低層建筑考慮夜間輻射的熱損失相比較，把增加的熱損失折算到窗戶的傳熱系數(shù)上去，即稱為折算傳熱系數(shù)。簡化算法簡化算法四、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蒸汽滲透和凝結(jié)四、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蒸汽滲透和凝結(jié) 現(xiàn)代高層建筑為了減少結(jié)構(gòu)自重，往往采用輕型結(jié)構(gòu)材料。 在保證技術(shù)要求的前提下，應(yīng)選用保溫性能較好的圍護(hù)

11、結(jié)構(gòu)，控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷、熱量的損失； 同時，在可能出現(xiàn)的外界氣象條件下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面和內(nèi)部不應(yīng)有水蒸氣的凝結(jié)或凍結(jié)現(xiàn)象。n1、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最小熱阻 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻的大小圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量及內(nèi)表面溫度的高低。 內(nèi)表面不結(jié)露的條件為： 以上兩式為不結(jié)露條件，考慮溫度過低會影響人的舒適感，故圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最小傳熱熱阻應(yīng)滿足下面條件：采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范n2、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蒸氣滲透和凝結(jié)n當(dāng)室內(nèi)外空氣的水蒸氣含量不同時，即圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)存在水蒸氣分壓力差時，水蒸氣分子就會從水蒸氣分壓力高的一側(cè)向低的一側(cè)滲透和擴(kuò)散，稱為蒸氣滲透蒸氣滲透。n蒸汽滲透系數(shù)蒸汽滲透系數(shù)表明材料的蒸汽滲透能力，

12、與表明材料的蒸汽滲透能力，與材料的材質(zhì)和密實程度有關(guān)。材料的孔隙率愈材料的材質(zhì)和密實程度有關(guān)。材料的孔隙率愈大，透汽性愈強。材料的蒸汽滲透系數(shù)還與溫大，透汽性愈強。材料的蒸汽滲透系數(shù)還與溫度、相對濕度有關(guān)，計算中采用的是平均值。度、相對濕度有關(guān)，計算中采用的是平均值。 由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)、外表面附近的空氣邊界層的由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)、外表面附近的空氣邊界層的蒸汽滲透阻與結(jié)構(gòu)材料層的蒸汽滲透阻相比是蒸汽滲透阻與結(jié)構(gòu)材料層的蒸汽滲透阻相比是很微小的，所以在計算總蒸汽滲透阻時可以忽很微小的，所以在計算總蒸汽滲透阻時可以忽略不計。因此圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)、外表面的水蒸汽分略不計。因此圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)、外表面的水蒸汽分壓力可近似地取為壓力可近似地取為Pi和和Pe。n實質(zhì)就是看該處的空氣是否過飽和實質(zhì)