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1、41,第4章 建筑热湿环境,主线： 1。建筑物理因素热湿环境的形成 2。影响因素对热湿环境的定量影响负荷计算 3。人体对热湿环境的反应室内热湿环境标准 4。从人体生理学、心理学热湿环境的评价,是建筑环境中最重要的部分,42,建筑热湿环境 知识框架,半透明体围护结构的热工性能,生理学基础,心理学基础,建筑热湿环境,影响室内热环境的物理因素,太阳辐射与综合温度,湿环境,非透明体围护结构的热工性能,稳定特性,非稳定特性,冷负荷形成及 计算方法,人体生理学和心理学,冬,围护结构负荷,空气渗透负荷,光学特性,PMV-PPD法,局部不舒适感,其他稳定评价,热舒适性方程,稳定计算方法,谐波反应法,冷负荷系数
2、法,夏,人,照明,设备,得热负荷概念,湿量计算,冷凝校验,结露防治,温态环境,动态环境,过度环境,热湿环境 评价,43,1气温 2太阳辐射 3室外空气综合温度 4热空气交换 5建筑内表面辐射6人体辐射换热 7人体对流换热 8人体蒸发散热 9室内热源,室内热湿环境的形成,第4章 建筑热湿环境,44,基本概念,A: 室外气象条件 外扰 B: 室内发热/湿/尘量 内扰(照明、设备、人体、散湿) C: 空调方式 广义外扰,外扰作用方式：热交换：太阳辐射(透明/半透明体) 、 热传导(围护结构)/（对流辐射） 空气交换：空气渗透、空调送风,内扰作用方式： 辐射 对流 蒸发,空气状态参数 变化的途径： 对
3、流 空气直接混合 蒸发,墙体传热/湿性能影响内/外扰对室内空气环境的作用,4.1 影响室内热环境的物理因素,45,4.1 影响室内热环境的物理因素 4.1.1 太阳辐射与室外空气综合温度,建筑表面的辐射作用,直射：IN,散射：,地面反射：ID,天空散射：IS,太阳辐射 I0,大气辐射 Iy,建筑表面接受的辐射,建筑表面的气温作用,综合温度,46,4.1 影响室内热环境的物理因素 4.1.1 太阳辐射与室外空气综合温度,法线直射强度：,P大气透明度（反应大气污染、水蒸气等颗粒对日射的衰减） m大气质量（反应日射强度到达表面的路程大小）,呈指数衰减,P=IL/I0=exp(-kL),大气透明度,4
4、7,4.1 影响室内热环境的物理因素 4.1.1 太阳辐射与室外空气综合温度,大气透明度,P1 最透明 变化范围：0.650.75，在一个月份的晴天中可近似认为是常数 我国将大气透明度作了6个等级的分区，1级最透明,东京晴天的大气透明度逐月值,反应大气污染、水蒸气等颗粒对日射的衰减,P=IL/I0=exp(-kL),定义：,48,我国的大气透明度分区,49,IN = I0 P m m = L/L = 1/sin,为什么太阳高度角接近0和90时垂直面的日射量都小？,反应日射强度到达表面的路程大小,大气质量：m,4.1 影响室内热环境的物理因素 4.1.1 太阳辐射与室外空气综合温度,大气透明度,
5、410,4.1.1 太阳辐射与室外空气综合温度, A i ,太阳辐射强度,直射辐射,411,不同太阳高度角和大气透明度下的太阳直射辐射强度,直射辐射,太阳辐射强度,412,水平面散射强度IS,S(Berlage公式)：,散射辐射与总辐射强度,G地面平均日射反射率,水平面日射总辐射：,垂直面日射总辐射：,太阳辐射强度,413,水平面总日射辐射强度：,北纬40的太阳总辐射量,按不同表面(水平、垂直、倾斜面)计算,总辐射强度,例4-1,短波？长波？,414,4.1.1 太阳辐射与室外空气综合温度,大气长波辐射(Ia)与晚间有效辐射(Iy),指建筑表面向天空的有效辐射,指大气向建筑表面的辐射,大气向建
6、筑表面的辐射：Ia,(地表)建筑表面向天空的辐射：Id,(地表) 建筑向天空的有效辐射：IS,B,考虑云层(地表)建筑向天空的有效辐射：IS,y,天空当量温度,大气温度,式4-25,为何白天可以忽略大气长波辐射，晚间不可以？,例题4-2,晚间有效辐射,415,太阳直射辐射,太空散射辐射,对流换热,地面反射辐射,环境长波辐射,地面长波辐射,壁体得热,IS,IZ,ID,非透明体外表面接受热辐射：,4.1.1 太阳辐射与室外空气综合温度,室外空气综合温度,大气长波辐射,IZ,IS,建筑表面接受辐射,416,室外空气温度：,外表面接受的有效热辐射：,外表面得热：,短波辐射,长波辐射,4.1.1 太阳辐
7、射与室外空气综合温度,Iy Id Ia,室外空气综合温度,417,td(I),tw,当量空气温度,+,=,室外空气温度,室外空气综合温度,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：,td(I),Iy/w工程处理： 垂直面： Iy/w = 0； 水平面： Iy/w = 3.54.0。,室外空气综合温度,418,导热特性：,100,气体 0.0060.6 Air:0.029,液体 0.070.7 Water:0.58,建筑材料 0.33.5 钢筋混凝土:1.5,金属 2.2240 建筑钢材,20,保温材料0.3,保温材料其他要求：600700kg/m3; ；耐压强度：4kg/cm2 要
8、点: 空隙率, air solid,2,围护结构传导与热对流,聚乙烯泡沫材料：0.04,4.1 影响室内热环境的物理因素 4.1.2 非透明体围护结构的热工性能,表面热对流特性：,表4-3,w 、n = f(v、t、热面形式),墙体导热系数，W/mK,419,表面辐射特性：,一般建筑内墙：0.820.93，铝箔0.050.20 太阳集热器s ，保温材料常贴铝箔 、墙体表面反射率、吸收率、透射率 （ =0：非透明体；1：半透明体） s表面的太阳吸收率,Cb黑体辐射系数： 5.67 W/(m2K4),表面黑度：,4.1 影响室内热环境的物理因素 4.1.2 非透明体围护结构的热工性能,420,工程
9、上： = f（墙表面平整度，室外风速）=1923 W/(m2K) = f（墙表面平整度） 8.72 W/(m2K),对流放热系数：,辐射放热系数：,以外墙为例：,out,辐射,对流,4.1 影响室内热环境的物理因素 4.1.2 非透明体围护结构的热工性能,表面辐射特性：,421,吸(放)热导热放(吸)热,稳定传热量计算,流体与壁面对流传热 以外墙为例：,壁面与壁面辐射传热 以外墙为例：,固体间导热传热,并联作用表面换热,串联作用,并联作用表面换热,4.1 影响室内热环境的物理因素,4.1.2 非透明体围护结构的热工性能,422,K0、R0墙体总传热系数,总传热热阻R0=1/K0， Kf（墙体材
10、质）GB50176-93民用建筑热工设计规范等,tw,tn,多层均质墙体,w,n,4.1 影响室内热环境的物理因素,4.1.2 非透明体围护结构的热工性能,稳定传热量计算,423,封闭空气间层：,导热、对流、辐射同时存在 处理方法： 当量导热表4-7,实体： dR 传热,空气间层：,思考：一般封闭间层内贴铝箔(小) 以降低传热量,一般贴在高温侧避免结露,为什么？,低温侧,高温侧,高温侧,低温侧,4.1.2 非透明体围护结构的热工性能,稳定传热量计算,424,组合墙体：,（1）分层按等热流层分 （2）确定组合层并联处理成当量热阻,由的面积加权推导,（3）整个墙体按多层均质求解,4.1.2 非透明
11、体围护结构的热工性能,计算方法：,稳定传热量计算,425,夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准 传热系数K/(m2K)和热惰性指标D的控制,426,JGJ26-86 民用建筑节能设计标准,体形系数0.3,体形系数0.3,北纬 45,北纬 40,北纬 60,北纬 60,体形系数建筑物外表面积与其包围的体积之比,JGJ 26-95民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分） 国内外建筑围护结构传热系数的比较/W/(m2K),JGJ24-86 民用建筑热工设计规程,427,衰减特性：衰减系数0=室外综合空气温度波幅/内表面温度波幅 延迟特性：延迟时间0=内表面温度波动相位延迟 蓄热特性：蓄热系数 S = 热
12、流波动振幅与温度波动振幅之比,qn,A0,An,=A0/An,4.1.2 非透明体围护结构的热工性能,不稳定热工特性,428,材料的蓄热系数反应材料的蓄热特性。,表面温度波动程度 S温度波动蓄热 一般空气间层：S=0,材料层衰减度材料内部温度衰减规律,热惰性指标反抗温度波动的能力,S可蓄热 D抗波动,D3.0：轻型结构 3.1D6.0：中型结构 D6.1：重型结构,S参数均可通过半无穷大材料的不稳定传热计算,4.1.2 非透明体围护结构的热工性能,不稳定热工特性,429,波长/m,穿透率/%,可见光,近红外线,长波红外线,0.8,玻璃对波长具有选择性的透过特性：3m以下波长几乎全部透过，但却能
13、阻隔3 m以上的长波红外线辐射温室效应,4.1 影响室内热环境的物理因素 4.1.2 半透明体围护结构的热工性能,光学特性,430,4.1 影响室内热环境的物理因素 4.1.2 半透明体围护结构的热工性能,玻璃在界面上的反射、透过特性和内部的吸收特性： 界面的反射百分比，A0单程吸收百分比，,光学特性,431,反射百分比：,吸收百分比：,r,a0,标准玻璃K0.045,玻璃/太阳下,空气,消光系数,行程,4.1 影响室内热环境的物理因素 4.1.2 半透明体围护结构的热工性能,光学特性,432,4.1 影响室内热环境的物理因素 4.1.2 半透明体围护结构的热工性能,热工特性,窗框（材料、各种
14、间隔、断热窗框等,玻璃系统（单层、双层、贴膜等）,组合结构,窗系统,433,单层：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。,多层：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。,4.1 影响室内热环境的物理因素 4.1.2 半透明体围护结构的热工性能,热工特性,表4-9,434,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
15、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。,窗玻璃中心温度,4.1 影响室内热环境的物理因素 4.1.2 半透明体围护结构的热工性能,热工特性,435,通过窗进入室内的得热：玻璃得热80%，其次是缝隙空气渗透得热和窗框传热得热。,常用窗框材料的导热系数W/(mK),中空玻璃及其他墙体材料的传热系数W/(m2K),双玻热阻：,4.1.2 半透明体围护结构的热工性能,热工特性,436,4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述 4.2.1 得热与负荷的基本概念,得热与负荷的定义与构成,室内热量传递形式,437,冷（热）负荷：维持室内一定热湿环境所需要的在单 位时间内从室内除去（补充）的热量,显热负荷,潜热负
