建筑環(huán)境學(xué)熱濕環(huán)境

1第三章

建筑熱濕環(huán)境2

基本概念與術(shù)語得熱的來源圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工特性與通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)3.1通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程3.2通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程冷負(fù)荷與熱負(fù)荷4.1基本原理，與得熱之間的關(guān)系4.2負(fù)荷的計(jì)算方法內(nèi)容提要31.基本概念與術(shù)語4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 5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)6基本概念

得熱(HeatGainHG)：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。得熱潛熱顯熱輻射得熱對流得熱72.得熱的來源

(HeatGain)8得熱的來源與室內(nèi)狀態(tài)無關(guān)，只取決于熱源的得熱室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕，得熱量＝熱源發(fā)熱量室內(nèi)設(shè)備與照明室內(nèi)人員通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的空氣滲透導(dǎo)致的得熱透過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽輻射得熱與熱源和室內(nèi)熱狀態(tài)（空氣溫度、壁面溫度）都有關(guān)的得熱通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)9

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

取決于熱源的得熱

——室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕，得熱量＝發(fā)熱量10室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕（續(xù)）

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)入空氣圍護(hù)結(jié)構(gòu)和家具會(huì)有一定的蓄濕功能濕源與空氣進(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11取決于熱源的得熱：人體散熱散濕

請見第四章12取決于熱源的得熱

——空氣滲透帶來的得熱

夏季：室內(nèi)外溫差小，風(fēng)壓是主要?jiǎng)恿Χ荆菏覂?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)滲透往往不可忽略。理論求解方法：網(wǎng)絡(luò)平衡法，數(shù)值求解《流體網(wǎng)絡(luò)原理》課程將介紹

參考文獻(xiàn)：朱穎心，

水力網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)不穩(wěn)定過程的算法，《清華大學(xué)學(xué)報(bào)》,1989年,第5期工程應(yīng)用：縫隙法、換氣次數(shù)法13網(wǎng)絡(luò)平衡法原理

節(jié)點(diǎn)平衡：AG＝0

回路壓力平衡：B

P＝0

各支路和節(jié)點(diǎn)均編號。網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣A元素aij：由i點(diǎn)到j(luò)點(diǎn)為1，反之為-1，無關(guān)為0。基本回路矩陣B元素bij：由j支路與i回路同向?yàn)?，反之為-1，無關(guān)為0。14通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱外表面對流換熱外表面日射通過墻體的導(dǎo)熱兩種得熱方式機(jī)理不同通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的日射得熱通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)153.圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工特性與通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)3.1太陽輻射對建筑物的熱作用3.2通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程3.3通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程163.1太陽輻射對建筑物的熱作用17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。反射吸收18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19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。低透low-e玻璃20low-e玻璃的透光選擇性

一層low-e玻璃＋一層普通玻璃透射率反射率4－21玻璃面發(fā)展及其節(jié)能特性可見光冬季型Low-E玻璃7.0%45.6%45,2%2.2%普通玻璃高高高低吸熱玻璃中中中低反射玻璃低低

中低

low-e玻璃低低低近紅外線可見光紫外線長波紅外線透過率高～中內(nèi)鍍非常薄但又耐久的鍍銀薄層。20世紀(jì)80年代盛行——節(jié)能玻璃。→夏季→東西向22太陽輻射在透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的傳遞玻璃的吸收百分比a0

:23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。24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同，兩層的吸收率相同嗎？25室外空氣綜合溫度

Solar-airTemperature太陽直射輻射大氣長波輻射太空散射輻射對流換熱地面反射輻射環(huán)境長波輻射地面長波輻射壁體得熱2660℃！35℃！室外空氣綜合溫度

Solar-airTemperature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(gè)太陽輻射的等效溫度值。是為了計(jì)算方便推出的一個(gè)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： 27室外空氣綜合溫度

Solar-airTemperature

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？28

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，則有：思考題白天有天空輻射嗎？試算一個(gè)夜間的室外空氣綜合溫度是多少？天空輻射

(夜間輻射，有效輻射)293.2通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程30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(dòng)幅度與外擾波動(dòng)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31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)內(nèi)表面長波輻射32x=0x=Qwall,cond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。33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34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

基本表達(dá)式板壁內(nèi)表面溫度

t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)氣溫對板壁傳熱過程的影響比較確定，容易求得內(nèi)表面輻射對傳熱過程的影響較復(fù)雜，涉及角系數(shù)和各表面溫度35Qoutta,in()室內(nèi)其他內(nèi)表面溫度如何影響板壁的傳熱？盡管內(nèi)表面對流換熱量增加了，但Qout和Qwall,cond卻是減少的。Q’wall,cond|x=t(x,)ta,out()Qwall,cond|x=如果室內(nèi)輻射特別強(qiáng)烈……Qwall,cond36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

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)進(jìn)入到室內(nèi)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。盡管通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)量不確定，但有時(shí)又需要用“得熱”的概念，那怎么定義通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)得熱呢？37通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱

為了定義通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱HGwall，采用了以下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Qshw＝0。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)氣溫相對固定的影響，剔除了內(nèi)表面輻射等復(fù)雜因素的影響：HGwall=HGwall,conv＋HGwall,lw38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)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下的通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱量。氣象與室溫決定部分外加輻射造成的增量39通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱“通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱”實(shí)際上是一個(gè)假設(shè)的量量級上與“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。通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱VS?40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(dòng)以及整個(gè)房間所有圍護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用下通過一堵墻體的實(shí)際傳熱量后者是把一堵墻體割裂開來，僅考慮在內(nèi)外擾動(dòng)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(gè)房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總得熱量。是一些簡化手工工程算法的需要。通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱VS413.3通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程42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。43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。44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。45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0.346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47外遮陽48外遮陽和內(nèi)遮陽有何區(qū)別?外遮陽：只有透過和吸收中的一部分成為得熱內(nèi)遮陽：遮陽設(shè)施吸收和透過部分全部為得熱反射對流透過對流透過反射49窗玻璃間遮陽

Double-skinFacade50通風(fēng)雙層玻璃窗，內(nèi)置百頁51內(nèi)百頁無通風(fēng)有通風(fēng)52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對流換熱53通過玻璃板壁的傳熱得熱，忽略了玻璃的熱慣性透過玻璃的日射得熱通過玻璃窗的得熱通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱

得熱與玻璃窗的種類及其熱工性能有重要的關(guān)系。54Part1:透過單位面積玻璃的太陽輻射得熱Part2:玻璃吸收太陽輻射造成的房間得熱原理：玻璃吸熱后會(huì)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,sol＝HGglass,+HGglass,a通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的日射得熱

——日射透過＋吸熱55Part2中玻璃吸收太陽輻射造成的房間得熱與通過透光圍護(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)際表面溫度變化 帶來偏差56通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的日射得熱由于玻璃品種繁多，每個(gè)進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算很麻煩可利用對標(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：實(shí)際照射面積比玻璃的遮擋系數(shù)遮陽設(shè)施的遮陽系數(shù)窗的有效面積系數(shù)57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 ＝傳熱得熱量＋日射得熱量：小練習(xí)581、不同傳熱系數(shù)和遮擋系數(shù)的外窗作為公共建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，更適合于嚴(yán)寒地區(qū)的外窗應(yīng)是下列何項(xiàng)？A、傳熱系數(shù)小且遮擋系數(shù)大B、傳熱系數(shù)大且遮擋系數(shù)小C、傳熱系數(shù)小且遮擋系數(shù)小D、傳熱系數(shù)大且遮擋系數(shù)大592、關(guān)于窗的綜合遮陽系數(shù)，下列表述正確的為何項(xiàng)？(A)窗的綜合遮陽系數(shù)只與玻璃本身的遮擋系數(shù)有關(guān)(B)窗的綜合遮陽系數(shù)只與玻璃本身的遮擋系數(shù)和窗框的材質(zhì)有關(guān)(C)窗的綜合遮陽系數(shù)只與玻璃本身的遮擋系數(shù)、窗框的面積和外遮陽形式有關(guān)(D)窗的綜合遮陽系數(shù)只與玻璃本身的遮擋系數(shù)、窗框的面積和內(nèi)遮陽形式有關(guān)603.3通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的濕傳遞 ——潛熱得熱61通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的濕傳遞

——潛熱得熱

濕傳遞的動(dòng)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)Kv，kg/(Ns)或s/m：蒸汽滲透系數(shù)β散濕系數(shù)λ62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

——潛熱得熱

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)，影響墻體保溫能力和強(qiáng)度。63圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計(jì)原理圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫能力的選擇主要是根據(jù)氣候條件和房間的使用要求，并按照經(jīng)濟(jì)和節(jié)能的原則而定。在《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50176—93）中對圍護(hù)結(jié)構(gòu)規(guī)定了最小傳熱阻以保證使用者的最基本衛(wèi)生要求。64圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計(jì)原理在穩(wěn)定傳熱條件下，內(nèi)表面溫度取決于室內(nèi)外溫度和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻。保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度接近室內(nèi)空氣溫度?？刂茋o(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面不結(jié)露同時(shí)考慮人體衛(wèi)生保健的基本需要。并控制通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失在一定范圍之內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻就不能小于某個(gè)最低限度值，這個(gè)最低限度的傳熱阻稱為最小傳熱阻R0．min。65圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計(jì)原理圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最小傳熱阻（低限熱阻） 圍護(hù)結(jié)構(gòu)對室內(nèi)熱環(huán)境的影響，主要是通過內(nèi)表面溫度體現(xiàn)的。如內(nèi)表面的溫度太低，不僅對人產(chǎn)生冷輻射，影響到人的健康，而且如溫度低于室內(nèi)露點(diǎn)溫度，還會(huì)在內(nèi)表面產(chǎn)生結(jié)露，并使圍護(hù)結(jié)構(gòu)受潮，嚴(yán)重影響室內(nèi)熱環(huán)境并降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耐久性。66圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計(jì)原理圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般都需滿足承重和保溫要求其構(gòu)造有的是用單一材料，它既承重又保溫，如磚砌體（墻）、加氣混凝土（墻、屋頂）等。

另一種，是用兩種類型（或兩種以上）材料分別滿足保溫和承重的需要，成為復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)。如巖棉、膨脹珍珠巖制品，或泡沫聚苯乙烯等67圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計(jì)原理復(fù)合構(gòu)造大體上可分外保溫內(nèi)保溫中間保溫

68圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計(jì)原理三種保溫層設(shè)置方式的比較內(nèi)表面溫度的穩(wěn)定性

熱橋問題

防止保溫材料內(nèi)部凝結(jié)水對承重結(jié)構(gòu)的保護(hù)

舊房改造

外飾面處理

69圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計(jì)原理

內(nèi)表面溫度的穩(wěn)定性：外保溫和中間保溫作法，內(nèi)表面溫度相對穩(wěn)定。對一天中只有短時(shí)間使用的房間，用內(nèi)保溫可使室內(nèi)溫度上升快。70圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計(jì)原理熱橋問題

內(nèi)保溫作法常會(huì)在內(nèi)外墻聯(lián)接以及外墻與樓板聯(lián)接等處產(chǎn)生熱橋。中間保溫的外墻也由于內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)需要拉接而增加熱橋耗熱。而外保溫在減少熱橋方面比較有利。

71圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計(jì)原理防止保溫材料凝結(jié)水外保溫和中間保溫作法，可防止保溫材料由于蒸汽的滲透積累而受潮。內(nèi)保溫作法則保溫材料有可能在冬季受潮

對承重結(jié)構(gòu)的保護(hù)：外保溫可避免主要承重結(jié)構(gòu)受到室外溫度的劇烈波動(dòng)影響，從而提高其耐久性

72圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計(jì)原理舊房改造為節(jié)約能源而增加舊房的保溫能力時(shí)，利用外保溫，在施工中可不影響房間使用，同時(shí)也不占用室內(nèi)面積，但施工技術(shù)要求高。

外飾面處理外保溫作法對外表面的保護(hù)層要求較高內(nèi)保溫和中間層保溫則由于外表面是由強(qiáng)度大的密實(shí)材料構(gòu)成，飾面層的處理比較簡單。

常用墻體保溫材料

《建筑材料燃燒性能分級方法》：A級（不燃）；B1級（難燃）；B2級（可燃）；B3級（易燃）；公消[2011]65號（2011.3.14）：民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級的材料。公消2012.12.3發(fā)文：《關(guān)于民用建筑外保溫材料消防監(jiān)督管理有關(guān)事項(xiàng)的通知》(350號文),決定取消執(zhí)行65號文73常用墻體保溫材料模塑聚苯乙烯（EPS）擠塑聚苯乙烯（XPS）聚氨酯（PU）巖棉玻璃棉74建筑體形系數(shù)（shapefactor）建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其包圍的體積的比值。75窗墻面積比（windowtowallratio)

窗戶洞口面積與房間立面單元面積之比

朝向窗墻面積比嚴(yán)寒地區(qū)寒冷地區(qū)北0.250.30東西0.300.35南0.450.50數(shù)據(jù)引自JGJ26-2010嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)76例題設(shè)計(jì)嚴(yán)寒地區(qū)A區(qū)某正南北朝向的九層辦公樓，外輪廓尺寸為54mx15m，南外窗為16個(gè)通高豎向條形窗（每個(gè)窗寬2.10m），整個(gè)頂層為多功能廳，頂部開設(shè)一天窗（24mx6m），一層和頂層層高均為5.4m，中間層層高均為3.9m,，問該建筑的南外窗及窗外的傳熱系數(shù)（W/(m2·K）)應(yīng)當(dāng)是下列何項(xiàng)？（A）K窗≤1.4K墻≤0.40（B）K窗≤1.7K墻≤0.45（C）K窗≤1.5K墻≤0.40（D）K窗≤1.5K墻≤0.45經(jīng)計(jì)算：體形系數(shù)0.2；窗墻比0.627778數(shù)據(jù)引自GB50189-2005公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)79關(guān)于公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)限值的說法，下列何項(xiàng)是錯(cuò)誤的？(A)外墻的傳熱系數(shù)采用平均傳熱系數(shù)(B)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)限值與建筑物體型系數(shù)相關(guān)(C)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)限值與建筑物窗墻面積比相關(guān)(D)溫和地區(qū)可以不考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值804.冷負(fù)荷與熱負(fù)荷

Coolingload&Heatingload81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？82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。

冷輻射板空調(diào)需要去除的熱量除了進(jìn)入到空氣中的得熱量外，還包括部分貯存在熱表面上的得熱量。83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。84得熱與冷負(fù)荷的關(guān)系85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？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！86得熱與冷負(fù)荷的關(guān)系

冷負(fù)荷的本質(zhì)是通過某個(gè)設(shè)定溫度下整個(gè)房間的熱平衡算出來的，綜合了各種因素作用的一個(gè)綜合值；與得熱不同的是，不存在燈光造成的負(fù)荷、人員造成的負(fù)荷……的概念。例如冬天室內(nèi)有可能是熱負(fù)荷也有可能是冷負(fù)荷，而燈光和人員有降低熱負(fù)荷的影響，也可能是導(dǎo)致冬季還有冷負(fù)荷的原因，但只有跟圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱綜合起來才能得到負(fù)荷；當(dāng)室內(nèi)空氣參數(shù)在改變的過程中，負(fù)荷還受空氣與家具、內(nèi)壁面熱容的影響。87

相變材料在暖通空調(diào)中的應(yīng)用88

相變墻和地板89

冬天：白天吸熱、晚上放熱

9091相變蓄熱電熱地板9212341．Thermalinsulation2．Electricheatingsheet3．Shape-stabilizedPCMlayer4．FloorPCMstorestheheatatnightandreleasestheheatatdaytime.無風(fēng)道93有風(fēng)道94空調(diào)蓄冷和蓄熱95Shape-stabilizedPCM

Hm=100-180kJ/kgTm=20oC,35oC,50oC96室內(nèi)表面與空氣的熱平衡關(guān)系示意97室內(nèi)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 ＋壁面對流換熱＋滲透得熱98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99壁面對流得熱通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱量＋本壁面獲得的通過玻璃窗的日射得熱＝壁面對流換熱＋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Qwall,cond100房間的總冷負(fù)荷房間的各種得熱得熱和冷負(fù)荷的差值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)出得熱定義與實(shí)際傳熱量的差值二者之和就是從壁面實(shí)際獲得的對流熱量101

總負(fù)荷室內(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。顯熱除熱量為：總負(fù)荷與除熱量除熱量比冷負(fù)荷少了一個(gè)空氣增溫需要的熱量總負(fù)荷＝熱源總得熱＋窗總得熱＋滲透風(fēng)得熱＋墻體實(shí)際傳熱102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?。恳韵募緸槔鈬o(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度降低

——導(dǎo)致室外向室內(nèi)傳熱增加室內(nèi)表面（家具、墻面）溫度降低

——空調(diào)系統(tǒng)需要帶走的熱量增加結(jié)論輻射板空調(diào)的負(fù)荷偏大如果追求的是舒適性相同，哪一個(gè)負(fù)荷更大？103第三類邊界條件：太難求解了！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:其中內(nèi)表面長波輻射：初始條件：104負(fù)荷計(jì)算法當(dāng)量溫差法諧波分解法反應(yīng)系數(shù)法諧波反應(yīng)法冷負(fù)荷系數(shù)法冷負(fù)荷溫差法1946USA1950sUSSR1967Canada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105

穩(wěn)態(tài)算法不考慮建筑蓄熱，負(fù)荷預(yù)測值偏大動(dòng)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(dòng)態(tài)模擬計(jì)算機(jī)模擬軟件

DOE2、EnergyPlus(美國)、HASP(日本)、ESP(英國)DeST(中國，清華)常用的負(fù)荷求解法106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)：Q＝KFT

特點(diǎn)簡單，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)外溫度的波動(dòng)值107穩(wěn)態(tài)算法舉例：

北京室外氣溫和室內(nèi)控制溫度比較108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(gè)域中移到另一個(gè)域中，在這個(gè)新的域中，函數(shù)呈現(xiàn)較簡單的形式，因此可以求出解析解。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。B域：問題容易求解對函數(shù)進(jìn)行積分變換求解A域：問題難以求解對函數(shù)解進(jìn)行積分逆變換獲得解109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110傳遞函數(shù)與輸入量、輸出量的關(guān)系積分變換法原理

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)的傳遞函數(shù)。這樣就可以通過輸入量和傳遞函數(shù)求得輸出量。

如果輸入原函數(shù)是指數(shù)函數(shù)，則不需變換直接輸入，即可求得解的原函數(shù)111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。相變材料，Trombe'sWall(特隆布墻)112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(huì)改變?？砂演斎肓窟M(jìn)行分解或離散為簡單函數(shù)，再利用變換法進(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。113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114武漢市室外干球溫度的全年變化115＝＋＋輸入邊界條件的處理方法：

——傅立葉級數(shù)分解116輸入邊界條件的處理方法：

——時(shí)間序列離散117兩種積分變換法

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，分別求得單個(gè)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(gè)正(余)弦波外擾的室內(nèi)響應(yīng)，并進(jìn)行疊加。118

設(shè)備使用1小時(shí)的室內(nèi)負(fù)荷響應(yīng)得熱：Q(t)－－輸入干擾負(fù)荷：CLQ(t)－－響應(yīng) 反應(yīng)系數(shù)法原理圖示(1)119設(shè)備使用2小時(shí)的室內(nèi)負(fù)荷響應(yīng)反應(yīng)系數(shù)法原理圖示(2)120設(shè)備使用10小時(shí)的室內(nèi)負(fù)荷響應(yīng)反應(yīng)系數(shù)法原理圖示(3)121反應(yīng)系數(shù)法

反應(yīng)系數(shù)的大小即反應(yīng)了某一項(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0~1，相當(dāng)于影響為0~100%。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122

(a)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱冷負(fù)荷基本計(jì)算式

Qcl()=KF[tcl()–tin]

tcl()為冷負(fù)荷溫度逐時(shí)值，與圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型、氣象條件、朝向有關(guān)。

tcl()反映了室外空氣溫度、陽光輻射、建筑物蓄熱等因素的綜合影響。tinKFtcl(t)Qcl(t)冷負(fù)荷溫度：一個(gè)當(dāng)量溫度室內(nèi)溫度123(b)日射冷負(fù)荷

Qcl()=FCsCnD·maxCcl()F為窗面積，D·max是日射得熱因素最大值

Ccl()是冷負(fù)荷系數(shù)，與緯度、朝向有關(guān)。

Cs為玻璃遮擋系數(shù)，Cn為遮陽系數(shù)。Qcl(t)D·maxFCsCnCcl()反應(yīng)系數(shù)法124

內(nèi)擾冷負(fù)荷

Qcl()=HG(0)Ccl(-0) HG(0)為內(nèi)熱源散熱量

Ccl(-0)是冷負(fù)荷系數(shù)

Ccl(-0)與開始使用時(shí)間和 連續(xù)使用時(shí)間有關(guān)，與建 筑熱特性有關(guān)。QQcl()Ccl(t-0)反應(yīng)系數(shù)法125諧波反應(yīng)法

對外擾的分解：室外空氣綜合溫度

tz()=tzp+tz()=tzp+

tznsin(n+n) =A0+

Ansin(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。126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()=KFt()=KF[twp–tin+

twnsin(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。127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，表中值為室溫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D·maxCcl()，xgF相當(dāng)于冷負(fù)荷系數(shù)法的F。內(nèi)擾部分：Qcl()=HG(0)JX-oJX-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Ccl()。128兩種積分變換法總結(jié)

諧波反應(yīng)法的簡化算法與冷負(fù)荷系數(shù)法形式一致。為了便于手工計(jì)算，均把內(nèi)外擾通過一個(gè)板壁形成的冷負(fù)荷分離出來，作為一個(gè)孤立的過程處理，不考慮與其它墻面和熱源之間的相互影響。不能分析變物性的材料如相變材料制成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱過程。129兩種積分變換法總結(jié)

只是在一定程度上反應(yīng)了得熱和冷負(fù)荷之間的區(qū)別，對輻射的影響作了很多簡化：

對墻體內(nèi)表面之間的長波輻射