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1、高层建筑空调负荷计算 方面的特点 n 高层建筑影响负荷计算和围护结构 热工性能的因素有：室外风速随高度变 化而引起的围护结构外表面放热系数的 变化；热压和风压引起的空气渗透；围 护结构外表面的夜间辐射；围护结构蒸 气的渗透和凝结等。 一、围护结构外表面放热系数的变化 n1、风速随高度的变化 气象台记录的风速一般是指在地面上 10-15m处测得的风速，如果高度再高风 速就会更大。在一般地面上的建筑群的 高度范围内(20m以下)，风速变化不大， 风速受高度影响可以忽略。但是在高层 建筑则不可忽视其影响，必须对风速进 行修正。 风速变化主要影响的是围护结构外表 面放热系数和渗透风。 n 高度与风速的
2、关系可按以下经验公式计算 基准高度h0处的风速可根据当地气象站台取用 。基准高度通常指海拔10m。 n指数n主要与测定地点的地面粗糙度和温度的 垂直梯度有关，对空旷和临海地区，n=0.14； 对市中心：英国用0.5；日本用0.33-0.2；美 国用0.17。对市郊，且不是空旷和临海地区周 围有底层建筑时，可取0.2。 如果基准高度处风速相同，在同样高度，市 中心和郊区哪个风速大？ 基准高度为10m n2 、表面放热系数 外表面放热系数的大小首先取决于风速，其次 是表面粗糙程度。由于风速随高度的增大，建 筑物表面的对流放热系数也相应增大，从而增 加了围护结构的传热系数。 围护结构总传热系数如何计
3、算？ 内、外表面放热系数受哪些因素影响？ 风速3m/s 从一个表面至另一个表面的辐射换热 量为： （1）辐射放热系数 受哪些因素的影响？ 壁体表面与空气之间的对流放热量可 用下式表示： （2）对流放热系数 对流放热系数和表面的形状、气流 流速、表面与气流间温差、气流物性(导 热系数、动力粘度、重度、比热、热扩 散系数和体积膨胀系数)等有关。 对流放热系数出现在努谢尔准则(Nu) 中，通用的准则方程为： 对于垂直受迫对流时的表面对流放热 系数，一般可用以下的实验公式计算， 10m 3m/s 23.3W/m2.K 100 6.45m/s 30.55W/m2.K (按表面中等粗糙计算 ) 从传热系数
4、计算式也可知，传热系数 除与表面放热系数有关外，还与外壁本 身的热阻有关。保温性能差的围护结构 ，风速对传热的影响越显著，例如：窗 玻璃的传热系数可增加约15。故对窗 面积大的单层普通玻璃的建筑物，风速 增加，负荷增加大，在实际计算时，可 以每几层(例如4-5层)作为一竖向区域， 对放热系数进行修正。 二、 热压和风压引起的空气渗透 n 空气渗透是指由热压和风压引起的 渗入室内的室外空气量或渗出室外的室 内空气量。这部分空气量增加了空调的 负荷。对高层建筑来说是不容忽略的。 n 渗透风量的计算方法有作用压差法 、面积法和换气次数法。 1、 作用压差法 通过门、窗缝隙渗入的空气量可按下式计算：
5、窗的类型和气密程度 （1 ）由热压引起的维护结构内外压差 建筑物楼梯间或电梯竖井等与各层相 通，特别是冬季取暖时，室内外的温差很 大，由于室内外空气的容重差和气柱的高 度使气流产生一上升的推动力，这就是烟 囱效应。冷空气就会从低层部分的门和窗 渗入而从高层部分的缝隙渗出。 在冬季，由于这种烟囱作用，使得经过底 层出入口的室外冷空气量比低层建筑出入口的 室外冷空气量大很多。为避免门厅部分温度过 低，要采取措施，如装双重门、旋转门、通向 楼梯间的门要做成常闭式的等。 在夏季，由于室外气温比室内气温高，将 产生与冬季呈反向的气流运动，但由于室内外 温差不大，反向烟囱作用并不严重，可不必考 虑。 建筑
6、物在热压作用下的压力分布图 建筑物外围护结构内外压差： 式中：P在h高度处的内外压力差 (Pa)， hm中和面的高度(m)， h计算高度(m)， w，n室外空气和竖井（楼梯井或电 梯井）内空气密度kg/m3， cr 热压系数。 热压系数与建筑物从外至内的围护 结构门窗缝隙的气流程度和内围护结构 的数量多少有关。Cr值因不同类型、不 同结构的建筑物而不同。 （2）由风压所引起的围护结构内外压差 作用在建筑物外表面的风压为： 式中：w室外空气的密度(kgm3。)； v不同高度处风速(ms)； v0基准高度处风速(ms)； h，h0计算高度和基淮高度(m)； n指数； Cf风压系数，与迎风面、背风面
7、以及 建筑物宽高比有关。 Cf值 （3）由热压和风压同时作用而引起的 渗透空气量 下图所示为在热压和风压作用下的 建筑物内侧压力分布。(a)为风压单独作 用(b) 为热压单独作用；(c)为迎风面风 压和热压综合作用；(d)为背风面风压和 热压综合作用。 n 在风压和热压同时作用下，迎风面 中和面上移；背风面中和面下移。 n 风压和热压综合作用下的压力分布： （4）渗入空气所消耗的热量和冷量 2 、面积法 通过每平方米面积的窗的渗透风量 3、 换气次数法 这是一种最简易的概略计算法，通常只用 于估算和校核。 根据换气次数计算渗透风（铝合金窗） 三、 夜间辐射 建筑物表面由于有一定的温度，以长 波
8、辐射形式向大气发出辐射；同时从大 气接受辐射热。两者之差为建筑物向天 空发散的辐射热，称为有效辐射或夜间 辐射。 夏季降温时，因夜间辐射而使建筑物 降温，对夏季空调是一有利因素。通常 忽略因夜间辐射建筑物所损失的热量， 负荷计算时作为安全因素考虑。 高层建筑的夜间辐射要远远大于底 层建筑，why? 冬季采暖时，由于室外空气温度低，建筑 物被加热，在没有日射的夜间，建筑物外表的 夜间辐射增加，对冬季空调或采暖是一不利因 素。这一辐射量有时高达31.7Wm2。地面 上的建筑群，由于相互产生辐射，故可认为夜 间辐射量相互抵消；但对高层建筑而言，伸入 天空，周围无障碍物时，夜间辐射损失将大得 多，在2
9、4小时供暖的高层建筑，这种热损失是 不可忽视的。 特别不可忽视高层建筑玻璃窗表面辐射的 热量，因为玻璃热阻比墙体热阻小，外表面温 度比墙体高，夜间辐射量更大。 下表是某建筑物冬季从玻璃表面散失的热损失 ，考虑夜间辐射和不考虑夜间辐射两种情况的 计算结果比较。 在室外空气计算温度不同时，计算不同建 筑物高度处单层、双层玻璃窗的热损失(晴天和 云阴天)。如高层建筑考虑夜间辐射的热损失与 低层建筑考虑夜间辐射的热损失相比较，把增 加的热损失折算到窗户的传热系数上去，即称 为折算传热系数。 简化算法 四、围护结构的蒸汽渗透和凝结 现代高层建筑为了减少结构自重，往 往采用轻型结构材料。 在保证技术要求的
10、前提下，应选用保 温性能较好的围护结构，控制围护结构 冷、热量的损失； 同时，在可能出现的外界气象条件下 ，围护结构内外表面和内部不应有水蒸 气的凝结或冻结现象。 n1、围护结构的最小热阻 围护结构热阻的大小围护结构传热量及内 表面温度的高低。 内表面不结露的条件为： 以上两式为不结露条件，考虑温度过低会 影响人的舒适感，故围护结构的最小传热热阻 应满足下面条件： 采暖通风与空气调节设计规范 n2、围护结构的蒸气渗透和凝结 n当室内外空气的水蒸气含量不同时，即围护结 构两侧存在水蒸气分压力差时，水蒸气分子就 会从水蒸气分压力高的一侧向低的一侧渗透和 扩散，称为蒸气渗透。 n蒸汽渗透系数表明材料
11、的蒸汽渗透能力，与 材料的材质和密实程度有关。材料的孔隙率愈 大，透汽性愈强。材料的蒸汽渗透系数还与温 度、相对湿度有关，计算中采用的是平均值。 由于围护结构内、外表面附近的空气边界层的 蒸汽渗透阻与结构材料层的蒸汽渗透阻相比是 很微小的，所以在计算总蒸汽渗透阻时可以忽 略不计。因此围护结构内、外表面的水蒸汽分 压力可近似地取为Pi和Pe。 n实质就是看该处的空气是否过饱和 n思考题 1、建筑冷、热负荷计算内容包括哪些？对于高层 建筑，要在哪些方面进行修正？ 2、围护结构外表面放热系数受哪些因素影响？ 3、烟囱效应对高层建筑冷、热负荷产生怎样影响 ？ 4、夜间辐射对建筑冷、热负荷产生怎样影响？为 什么高层建筑冬季必须考虑，夏季可以不考虑？ 5、围护结构最小传热组（经济热阻）怎么确定？ 6、什么叫蒸气渗透？围护结构内部产生凝结水会 造成什么影响？
