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1、建筑环境学论文建筑热湿环境与节能学院：_土木工程学院_专业：_建筑环境与设备工程专业姓名：_张志同_学号：_20100430126_1目录1、前言 22、建筑热环境分析 2 2-1、建筑物内热量分析 22-2、人体对热环境的反应 73、房屋制冷与供暖分析 103-1、一般房屋制冷及原理 103-2、一般房屋供暖及原理 113-3、现代房屋的制冷与供暖 11四、节能建筑 12五、外墙外保温技术 13六 、屋顶绿化现状分析 15七、总结 16参考文献 16建筑热湿环境与节能摘要：我国是一个能源消费大国，但同时又是一个能源紧缺的国家，我国经济要保持持续快速发展，能源短缺是制约发展速度的瓶颈，节约能源
2、已成为社会各界的共识。本文以人体在热环境中的热交换与热反应为基础 ，对影响人体舒适感觉的建筑物室内热环境进行了全面的分析，同时结合建筑物的围护结构节能技术原理 ,提出通过对墙体维护结构等进行保温处理，在保证人体舒适感觉没有降低的情况下 ,减短空调暖气的使用时间，从而达到节能目的。关键词：建筑热湿环境；制冷;供暖；外墙外保温；节能一前言在我国，随着现代化建设的发展和人民生活水平的不断提高，舒适的建筑热环境已经成为人们生活和工作的需要；建筑供热和建筑空调面积的增加，也使得建筑能耗占到能源消费总量的 25%以上。如果在我国目前的能源生产条件下，不能更为有效地建环建筑能耗的增长，这势必成为制约国民经济
3、发展的重要因素。因此，在我国的建筑领域中，一方面应狠抓能源节约、提高能源使用率；另一方面也应大力提倡新能源和可再生能源的利用，节约能源，保护生态环境，贯彻经济社会可持续发展战略。建筑室内热湿环境形成的最主要原因主要是受各种外扰和内扰的影响，建筑节能的关键在于围护结构节能.20 世纪 80 年代初，国家确立节能 30% 的建筑节能标准中，围护结构占 20% ；到 1995 年末，建设部又发布了居住建筑节能 50% 的节能标准，其中围护结构节能占 30% （湖南科技大学学报） 。伴随着世界范围内能源危机的不断加剧，建筑节能已成为世界建筑发展的一个基本趋向。发展建筑节能，无论是从节约日益紧缺的能源方
4、面，还是从环保方面，都是十分必要的。围护结构节能技术指通过改善建筑物围护结构的热工性能，达到夏季隔绝室外热量进入室内，冬季防止室内热量泄出室外，使建筑物室内温度尽可能接近舒适温度，以减少通过辅助设备如采暖、制冷设备来达到合理舒适室温的负荷，最终达到节能的目的。二、建筑热环境分析建筑环境包括了建筑热湿环境、光环境、声环境和室内空气品质。热湿环境是建筑环境中最主要的内容，主要反映在空气环境的热湿特性中。建筑室内热湿环境的形成的最主要原因是各种外扰和内扰的影响。外绕主要包括室外气候参数如室外空气温湿度、太阳辐射、风速、风向变化，以及邻室的空气温湿度，均可通过维护结构的传热、空气渗透使热量进入到室内，
5、对室内热环境产生影响。内扰主要包括室内设备、照明、人员等室内热源。（一） 、建筑物内热量分析室内热环境的形成最主要原因是各种外扰和内扰的影响。外扰主要包括室外气候参数，邻室的空气温湿度。内扰主要包括室内设备、照明、人员等室内热湿源。围护结构的热作用过程：无论是通过围护结构的传热传湿还是室内产热产湿，其作用形式包括对流换热（对流质交换） 、导热（水蒸汽渗透）和辐射三种形式。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(Heat Gain HG)。如果得热0，意味着房间失去热量。得热包括显热和潜热两部分。得热量的显热部分包括对流得热（例如室内热源的对流散热，通过围护结构导热形成的围护结构内
6、表面与室内空气之间的对流换热）和辐射得热（例如透过窗玻璃进入到室内的太阳辐射、照明器具的辐射散热等等）两部分。如果得热量为负，则意味着房间失去显热或潜热量。由于围护结构热惯性的存在，通过围护结构的得热量与外扰之间存在着衰减和延迟的关系，这是围护结构热过程特点。以下是建筑热湿环境的形成原理以及室内热湿环境与各种内、外扰之间的响应关系。1.太阳辐射对建筑物的热作用（1） 、围护结构外表面所吸收的太阳辐射。太阳的光谱主要是由 0.2-0.3m 的波长区域所组成的。太阳的光谱的峰值位于 0.5m 附近，到达地面的太阳辐射能量在紫外线区占的比例很小，约为 1%。波长范围为 0.38-0.76m 的可见光
7、和 0.76-3.0m 的近红外线占了主要部分，两部分能量约各占一半。而一般工业热源的辐射均为长波辐射，波长为 5m 以上。因此建筑环境所涉及的表面温度范围决定了其发射的辐射均为长波辐射，只有发射可见光的灯具和高温热源才有可能发射可见光和近红外线。当太阳照射到非透光的围护结构外边面时，一部分会被反射，一部分会被吸收，二者的比例取决于围护结构表面的吸收率(或反射率） 。不同的表面对辐射的波长有选择性，黑色表面对各种波长的辐射几乎都是全部吸收，而白色表面可以反射几乎 90的可见光。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。绝大多数材料的表面对波长辐射的吸收率和反射率随波长的变化并不
8、大，可以近似认为是常数。而且不同颜色的材料表面对长波辐射的吸收率和反射率差别也不大。除抛光的表面以外，一般建筑材料的表面对长波辐射的吸收率都比较高，基本都在 0.9 上下。玻璃对不同波长的辐射有选择性，普通玻璃对于可见光和波长为 3m 以下的近红外线来说几乎是透明的，但却能够有效地阻隔长波红外线辐射。因此，当太阳直接射到普通玻璃窗上时，绝大部分的可见光和短波红外线将会透过玻璃，只有长波红外（也称作长波辐射）会被玻璃反射和吸收，但这部分能量在太阳辐射中所占的比例很少。从另一方面说，玻璃能够有效地阻隔室内向室外发射的长波辐射，因此具有温室效应。将具有低发射率、高红外反射率的金属（铝、铜、银、锡等）
9、 ，使用真空沉积技术，在玻璃表面沉积一层极薄的金属涂层，这样就制成了 Low-e (Low-emissivity) 玻璃，对太阳辐射有高透和低透不同性能。阳光照射到单层半透明薄层时，半透明薄层对于太阳辐射的总反射率、吸收率和透过率是阳光在半透明薄层内进行反射、吸收和透过的无穷次反复之后的无穷多项之和；阳光照射到双层半透明薄层时，还要考虑两层半透明薄层之间的无穷次反射，以及再对反射辐射的透过。（2） 、室外空气综合温度。太阳辐射落在围护结构外表面上的形式包括太阳直射辐射、天空散射辐射和地面反射辐射三种，后两种是以散射辐射的形式出现的。由于入射角不同，围护结构外表面对直射辐射和散射辐射有着不同的吸
10、收率，而地面反射辐射的途径就更为复杂，其强度与地面的表面特征有关。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。如果仅考虑围护结构外表面与天空和周围物体之间的长波辐射：如果忽略围护结构外表面与天空和周围物体之间的长波辐射：称为室外综合温度。zt（3） 、夜间辐射。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。如果仅考虑对天空的大气长波辐射和对地面的长波辐射，则有：式中 是夜间辐射； 是围护结构外表面对长波辐射的系统黑度，接近壁面黑度，即壁面的吸收率l
11、wQw； 是地面的黑度，即地面的吸收率； 是围护结构外表面对天空的角系数； 是围护结构对g skyx gxoutLoutairz QItoutairzIt )( 444 ggskyswgskywlw TxTxTx 地面的角系数； 是有效天空温度； 是地表温度； 是围护结构外表面温度； 是斯蒂芬-玻skyTgTwalT尔兹曼常数，5.67 。)/(10428KmW2.建筑围护结构的热湿传热与得热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。而这里“房间”的范围是指围护结构的内表面。即所谓的得热，就是在外部气象参数作用下，有室外传到外围护结构的内表面以内的热量，或者是室内热源散发在室内的全
12、部热量，包括通过对流进入室内空气以及通过辐射落在围护结构内表面和室内家具上的热量。室内热源形成的总热量是比较容易求得的，基本取决于热源的发热量，与室内空气参数和室内表面状态无关。但通过围护结构的总得热量却与很多条件有关，不仅受室外气象参数和室内空气参数的影响，而且与室内其他表面的状态有显著的关系。通过围护结构的显热传热过程也有两种不同类型，即通过非透明围护结构的热传导以及通过透光围护结构的日射得热。这两种热传递有着不同的原理，但又相互关联。而通过围护结构形成的潜热得热主要来自于非透光围护结构的湿传热。（1） 、通过非透光围护结构的显热得热。通过墙体、屋顶等非透光围护结构传入室内的热量来源于两部
13、分：室外空气与围护结构外表面之间的对流换热和太阳辐射通过墙体导热传入的热量。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见图(a)与图(b)。衰减和滞后的程度取决于围护结构的蓄热能力。（a）墙内表面温度与外温的关系 （b）墙体得热与外扰之间的关系图（b）给出了传热系数相同但蓄热能力不同的两种墙体的传热量变化与室外气温之间关系，由于重型墙体的蓄热能力比轻型墙体的蓄热能力大得多，因此其得热量的峰值就比较小，延迟时间也长得多。墙体、屋顶等建筑构件的传热过程均可看作非均质板壁的一维不稳定导热过程，x 为板壁厚度方向坐标。描述其热平衡微分方程为：如果定义 x
14、=0 为围护结构外侧，x= 为围护结构内侧，考虑太阳辐射、长波辐射和围护结构内外侧空气温差的作用，可给出边界条件：初始条件： t (x,0 ) = f (x)其中内表面长波辐射： xtaxtat )()(2 0|)(),0( xLsolarout tQshlinin |,)()(441jimjjil TQ利用室外空气综合温度简化外边界条件：实际由内表面传入室内的热量为：这部分热量将以对流换热和长波辐射的形式向室内传播。只有对流换热部分直接进入了空气。（2） 、通过透光外围护结构的得热。透光围护结构主要包括玻璃门窗和玻璃幕墙等，是由玻璃与其他透光材料如热镜膜、遮光膜等以及框架组成的，通过透光围护
15、结构的热传导过程与非透光围护结构有很大的不同。由于透光围护结构可以透过太阳辐射，而且这部分热量在建筑物热环境的形成过程中发挥了重要的作用，因此通过透光外围护结构形成的显热得热包括两部分：通过玻璃板壁的传热量和透过玻璃的日射辐射得热量。这两部分传热量与通过透光外围护结构的种类及其热工性能有重要的关系。通过玻璃窗的得热。窗框型材有木框、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；玻璃层数有单玻、双玻、三玻等，玻璃类别有普通透明玻璃、有色玻璃、低辐射(Low-e)玻璃等；玻璃表面可以有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
