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1、1,第三章 建筑热湿环境,2,建筑热湿环境是如何形成的?,是建筑环境中最重要的内容 主要成因是外扰和内扰的影响和建筑本身的热工性能 外扰：室外气候参数，邻室的空气温湿度 内扰：室内设备、照明、人员等室内 热湿源,3,基本概念,围护结构的热作用过程：包括对流换热（对流质交换）、导热（水蒸汽渗透）和辐射三种形式。,对流换热 (对流质交换),围护结构传热传湿 室内产热产湿,辐射,导热 (水蒸汽渗透),4,基本概念,得热(Heat Gain HG)：某时刻在内外扰作用下进入房间的总热量叫做该时刻的得热。如果得热0，意味着房间失去热量。 围护结构热过程特点：由于围护结构热惯性的存在，通过围护结构的得热量
2、与外扰之间存在着衰减和延迟的关系。,5,非透明围护结构外表面所吸收的太阳辐射热,不同的表面对辐射的波长有选择性. 围护结构的表面越粗糙、颜色越深，吸收率就越高，反射率越低。,反射,吸收,第一节 太阳辐射对建筑物的热作用,6,太阳辐射在玻璃中传递过程,玻璃对辐射的选择性,普通玻璃的光谱透过率,7,太阳辐射在玻璃中传递过程,关于Low-e (Low-emissivity) 玻璃(图3-3b) 对太阳辐射有高透和低透不同性能。p47,低透low-e玻璃,8,名词解释：,Uvalue：U值导热系数用来衡量物质的保温性能。 VLT ：(可见光透过率) 定义：贴膜玻璃透过的可见光与入射可见光通量之比。 解
3、释：数值越小，防眩的效果越明显。 注意：一些业主在要求防眩的同时又不希望房间太暗。,9,太阳辐射在玻璃中传递过程,玻璃的吸收百分比a0 :,再看图3-6,10,室外空气综合温度,11,60！,35！,室外空气 综合温度 Solar-air Temperature,考虑了太阳辐射的作用对表面换热量的增强，相当于在室外气温上增加了一个太阳辐射的等效温度值。是为了计算方便推出的一个当量的室外温度。 （推导过程见板书！）,12,室外空气综合温度 Solar-air Temperature,人们常说的太阳下的“体感温度”是什么？ 室外空气综合温度与什么因素有关？ 高反射率镜面外墙和红砖外墙的室外空气综合
4、温度是否相同？,13,围护结构外表面与环境的长波辐射换热QL包括大气长波辐射以及来自地面和周围建筑和其他物体外表面的长波辐射。 问题：白天有天空辐射吗？,天空辐射（夜间辐射）,14,第二节 建筑维护结构的热湿传递,通过围护结构的显热得热,外表面对流换热,外表面日射通过墙体导热,两种方式机理不同,15,通过非透明围护结构的热传导,由于热惯性存在，通过围护结构的传热量和温度的波动幅度与外扰波动幅度之间存在衰减和延迟的关系。 衰减和滞后的程度取决于围护结构的蓄热能力。,16,通过非透明围护结构的热传导,微分方程及边界条件建立见板书！,17,通过非透明围护结构的得热,板壁内表面温度同时受室内气温、室内
5、辐射热源和其它表面的温度影响 气象和室内气温对板壁传热量的影响比较确定，容易求得 内表面辐射对传热量的影响较复杂，涉及角系数和各表面温度,18,内表面辐射如何影响板壁的传热？,有内辐射热源照射时的温度分布,Tz,Qcond,Qwall,cond Qwall,cond,Tin,无内辐射热源照射时的温度分布,19,通过非透明围护结构的得热 内表面辐射导致的传热量差值,将内边界条件线性化，则可利用线性叠加压力将气象与室内气温的影响与其它部分分离出来，称作：“通过围护结构的得热”，HG t （x,）= t1 （ x, ）+ t2（ x, ）,气象与室温决定部分,辐射造成的增量,20,通过玻璃窗的得热(
6、导热),得热与玻璃窗的种类及其热工性能有重要关系。,包括长波辐射部分,21,玻璃窗的种类与热工性能,窗框型材：木框、铝合金框、铝合金断热框、塑钢框、断热塑钢框等； 玻璃层间：可充空气、氮、氩、氪等或有真空夹层； 玻璃层数：单玻、双玻、三玻等； 玻璃类别：普通透明玻璃、有色玻璃、低辐射(Low-e)玻璃等； 玻璃表面：各种辐射阻隔性能的镀膜，如反射膜、low-e膜、有色遮光膜等，或在两层玻璃之间的空间中架一层对近红外线高反射率的热镜膜。,22,玻璃窗的种类与热工性能,中空玻璃及其他墙体材料的传热系数W/(m2K),23,423,吸热玻璃：在玻璃中添加金属离子或某些物质形成着色玻璃，获得较高吸收率
7、。20世纪60年代流行丰富色彩。 反射玻璃：在玻璃表面附加一层膜，使之反射更多太阳辐射，获得较高反射率。20年代70世纪流行映射景色。 吸热玻璃与反射玻璃比较,玻璃温度： 31.4,39.5,36.8,比较条件：厚度3mm，环境：32，室内：24，太阳日射强度：600W/m2，温差传热：49.4W/m2,普通玻璃,吸热玻璃,反射玻璃,0.15,吸热玻璃与反射玻璃的比较,24,424,玻璃窗的种类与热工性能,7.0% 45.6% 45,2% 2.2%,普通玻璃 高 高 高 低 吸热玻璃 中 中 中 低 反射玻璃 低 低 中 低 low-e玻璃 低 低 低,近红外线,可见光,紫外线,长波红外线,透
8、过率,高中,内镀非常薄但又耐久的镀银薄层。 20世纪80年代盛行节能玻璃。,夏季,东西向,25,铝合金断热窗框,制作过程： 性能： 导热性比非断热铝合金型材窗降低4070%。 优点： 降低热量传导 防止冷凝 节能,26,27,通过玻璃窗的长波辐射?,夜间除温差传热外，还有由于天空夜间辐射导致的散热量。 采用 low-e 玻璃可有效降低透光维护结构的传热系数的原因？p58,长波辐射,导热和自然对流换热,长波辐射,室内表面对玻璃的长波辐射,对流换热,28,透过单位面积玻璃的太阳辐射得热： 玻璃吸收太阳辐射再传热造成的房间得热： 推导过程见板书 总日射得热：HGsolarHGglass, + HGg
9、lass,a,通过标准玻璃的太阳辐射得热,关于标准太阳得热SSG (Standard Solar heat Gain),29,遮阳方式,现有遮阳方式 内遮阳：普通窗帘、百页窗帘 外遮阳：挑檐、可调控百页、遮阳蓬 窗玻璃间遮阳：夹在双层玻璃间的百页窗帘，百页可调控 我国目前常见遮阳方式 内遮阳：窗帘 外遮阳：屋檐、遮雨檐、遮阳蓬,30,外遮阳和内遮阳有何区别?,外遮阳： 只有透过和吸收中的一部分成为得热,内遮阳： 遮阳设施吸收和透过部分全部为得热,对流,透过,反射,反射,对流,透过,31,通风双层玻璃窗，内置百页,32,单玻内百页,双玻内百叶,双玻内百叶 内通风,33,通过玻璃窗的得热,可利用对
10、标准玻璃的得热 SSGDi 和 SSGdif 进行修正来获得简化计算结果：,实际照射面积比（外遮阳）,玻璃的遮挡系数,内遮阳设施的遮阳系数,窗的有效面积系数,34,通过透光维护结构得热量的其它计算方法,欧美国家多用太阳得热系数SHGC (Solar Heat Gain Coefficient)来描述玻璃窗或玻璃幕墙的热工性能。 这样通过透光外围护结构的瞬态得热量为：,35,为了方便求得透过各种不同类型透光外围护结构的太阳得热量，采用遮阳系数SC（Shading Coefficient）来描述不同类型透光外围护结构的热工特性。,36,通过围护结构的湿传递,湿传递的动力是水蒸气分压力的差。墙体中水
11、蒸气的传递过程与墙体中的热传递过程相类似： 其中，水蒸汽渗透系数，kg/(Ns) 或 s/m：,w = Kv (Pout - Pin) kg/（sm2）,37,通过围护结构的湿传递,当实际水蒸汽分压力饱和水蒸汽分压力时，就可能出现凝结或冻结。 危害：降低墙体保温能力和引起破坏。,38,东区四教某教室外墙内表面结露后的影响,39,40,室内热湿源包括照明、设备、人体。 设备与照明的产热特点 设备:进行产热量计算时需要注意以下几个方面 加热设备与电动设备； 实际运行功率与额定功率； 同时使用系数； 照明：短波辐射与长波辐射。 人体的产热产湿 见第五章！,室内产热与产湿,41,室内产热与产湿,室内湿
12、源包括人员、水面、产湿设备 散湿形式：直接进入空气 得热需考虑围护结构和家具的蓄热，得湿则不考虑！ 湿源与空气进行质交换同时一般伴随显热交换 有热源湿表面： 无热源湿表面： 蒸汽源：,42,室内产热与产湿,室内热源得热HGH与总散湿量WH,对流项,辐射项,短波辐射项,长波辐射项,对流项,线性化长波辐射项,43,室内产热与产湿,总散湿量WH及总潜热得热量HGH,L,44,空气渗透带来的得热HGinfil,夏季：室内外温差小，风压是主要动力 冬季：热压作用往往强于风压，尤其是高层建筑，因此冬季冷风渗透往往不可忽略。 空气渗透量理论求解方法：网络平衡法，数值求解 流体输配管网课程将介绍 参考文献：朱
13、颖心， 水力网络流动不稳定过程的算法，清华大学学报, 1989年, 第5期 工程上的求解方法：缝隙法、换气次数法,45,空气渗透带来的得热HGinfil,高速孔口出流 VP1/2 低速渗流 VP 门窗缝隙渗透流 VP2/3 La=vFcrack=FdP2/3,46,空气渗透带来的得热HGinfil,缝隙法： La=k la l 换气次数法： La=n V 其中，n取值见教材表3-11。 因此，空气渗透带来的总得热HGinfil,47,冷负荷与热负荷,冷负荷与热负荷： 维持一定室内热湿环境所需要的在单位时间内从室内除去（或加入）的热量。 注意:冬季为热负荷，夏季为冷负荷。,48,负荷的大小与去除
14、或补充热量的方式有关,常规的送风方式空调需要 去除的是进入到空气中的 得热量。,冷辐射板空调需要去除的热量除了进入到空气中的热量外，还包括贮存在热表面上的热量。,49,得热与冷负荷的关系,以送风空调（常规空调）为例,50,得热与冷负荷的关系,冷负荷与得热有关，但不一定相等！ 决定因素 空调形式： 送风空调：负荷纯对流部分 辐射板空调：负荷对流部分辐射部分 热源特性：对流与辐射的比例是多少？ 围护结构热工性能：蓄热能力如何？如果内表面完 全绝热呢？ 房间的构造：（角系数） 注意：辐射得热的存在以及围护结构的蓄热作用 是负荷与得热之间存在延迟和衰减的根源！,51,常规送风空调系统负荷的 数学表达,
15、维护结构内表面热平衡方程 房间空气热平衡方程,两类方程,透光 非透光 室内家具,请大家课后先预习，然后课上听讲解！（p72-81）,52,维护结构内表面热平衡方程,通过围护结构的导热量 本壁面获得的太阳辐射得热 室内热源短波辐射得热 室内热源的长波辐射得热 壁面对流得热 本壁面向其他壁面的长波辐射,针对非透光维护结构,53,维护结构内表面热平衡方程,针对室内家具：Qwall,cond=0 针对透光维护结构: 本壁面传导得热 本壁面吸收太阳辐射向内的传热 热源长波辐射得热 壁面对流换热 本壁面与其它表面的长波辐射换热,54,房间空气的热平衡关系,去除的对流热空气的显热增值 室内热源对流得热 内壁面对流得热渗透 显热得热,55,其中，室内热源对流得热,室内热源得热室内热源对流得热 热源向内表面的长波辐射热源向内壁面的短波辐射,56,房间的显热负荷,房间的各种得热,内表面辐射导致 的传热量差值,得热和冷负荷 的差值,房间空气热平衡的数学表达式,送风空调显热冷负荷的综合表达式,空气的显热增值,57,第三类边界条件：,太难求解了！,典型负荷计算方法原理介绍,非均匀板壁的非稳态传热:,58,典型负荷计算方法原理介绍,目的：使负荷计算能够在工程应用中实施 发展：由不区分得热和冷负荷发展到考虑二者的区别,59,稳态算法 不考虑建筑蓄热，负荷预测值偏大 动态算法: 积分变换求解微分方程 冷负
