1、41,第4章 建筑熱濕環(huán)境（教材第3、4章）,主線： 1。建筑物理因素?zé)釢癍h(huán)境的形成 2。影響因素對(duì)熱濕環(huán)境的定量影響負(fù)荷計(jì)算 3。人體對(duì)熱濕環(huán)境的反應(yīng)室內(nèi)熱濕環(huán)境標(biāo)準(zhǔn) 4。從人體生理學(xué)、心理學(xué)熱濕環(huán)境的評(píng)價(jià),是建筑環(huán)境中最重要的部分,42,建筑熱濕環(huán)境 知識(shí)框架,半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,生理學(xué)基礎(chǔ),心理學(xué)基礎(chǔ),建筑熱濕環(huán)境,影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素,太陽輻射與綜合溫度,濕環(huán)境,非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,穩(wěn)定特性,非穩(wěn)定特性,冷負(fù)荷形成及 計(jì)算方法,人體生理學(xué)和心理學(xué),冬,圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷,空氣滲透負(fù)荷,光學(xué)特性,PMV-PPD法,局部不舒適感,其他穩(wěn)定評(píng)價(jià),熱舒適性方程,穩(wěn)定計(jì)算方法,諧波

2、反應(yīng)法,冷負(fù)荷系數(shù)法,夏,人,照明,設(shè)備,得熱負(fù)荷概念,濕量計(jì)算,冷凝校驗(yàn),結(jié)露防治,溫態(tài)環(huán)境,動(dòng)態(tài)環(huán)境,過度環(huán)境,熱濕環(huán)境 評(píng)價(jià),43,1氣溫 2太陽輻射 3室外空氣綜合溫度 4熱空氣交換 5建筑內(nèi)表面輻射6人體輻射換熱 7人體對(duì)流換熱 8人體蒸發(fā)散熱 9室內(nèi)熱源,室內(nèi)熱濕環(huán)境的形成,第4章 建筑熱濕環(huán)境,44,基本概念,A: 室外氣象條件 外擾 B: 室內(nèi)發(fā)熱/濕/塵量 內(nèi)擾(照明、設(shè)備、人體、散濕) C: 空調(diào)方式 廣義外擾,外擾作用方式：熱交換：太陽輻射(透明/半透明體) 、 熱傳導(dǎo)(圍護(hù)結(jié)構(gòu))/（對(duì)流輻射） 空氣交換：空氣滲透、空調(diào)送風(fēng),內(nèi)擾作用方式： 輻射 對(duì)流 蒸發(fā),空氣狀態(tài)參數(shù)

3、 變化的途徑： 對(duì)流 空氣直接混合 蒸發(fā),墻體傳熱/濕性能影響內(nèi)/外擾對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境的作用,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素,45,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.1 太陽輻射與室外空氣綜合溫度,建筑表面的輻射作用,直射：IN,散射：,地面反射：ID,天空散射：IS,太陽輻射 I0,大氣輻射 Iy,建筑表面接受的輻射,建筑表面的氣溫作用,綜合溫度,46,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.1 太陽輻射與室外空氣綜合溫度,法線直射強(qiáng)度：,P大氣透明度（反應(yīng)大氣污染、水蒸氣等顆粒對(duì)日射的衰減） m大氣質(zhì)量（反應(yīng)日射強(qiáng)度到達(dá)表面的路程大?。?呈指數(shù)衰減,P=IL/I0=exp(-kL

4、),大氣透明度,No.11,47,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.1 太陽輻射與室外空氣綜合溫度,大氣透明度,P1 最透明 變化范圍：0.650.75，在一個(gè)月份的晴天中可近似認(rèn)為是常數(shù) 我國(guó)將大氣透明度作了6個(gè)等級(jí)的分區(qū)，1級(jí)最透明,東京晴天的大氣透明度逐月值,反應(yīng)大氣污染、水蒸氣等顆粒對(duì)日射的衰減,P=IL/I0=exp(-kL),定義：,48,我國(guó)的大氣透明度分區(qū),49,IN = I0 P m m = L/L = 1/sin,為什么太陽高度角接近0和90時(shí)垂直面的日射量都??？,反應(yīng)日射強(qiáng)度到達(dá)表面的路程大小,大氣質(zhì)量：m,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.1 太陽輻射與

5、室外空氣綜合溫度,大氣透明度,410,4.1.1 太陽輻射與室外空氣綜合溫度, A i ,太陽輻射強(qiáng)度,直射輻射,411,不同太陽高度角和大氣透明度下的太陽直射輻射強(qiáng)度,直射輻射,太陽輻射強(qiáng)度,412,水平面散射強(qiáng)度IS,S(Berlage公式)：,散射輻射與總輻射強(qiáng)度,G地面平均日射反射率,水平面日射總輻射：,垂直面日射總輻射：,太陽輻射強(qiáng)度,413,水平面總?cè)丈漭椛鋸?qiáng)度：,北緯40的太陽總輻射量,按不同表面(水平、垂直、傾斜面)計(jì)算,總輻射強(qiáng)度,例4-1,短波？長(zhǎng)波？,414,4.1.1 太陽輻射與室外空氣綜合溫度,大氣長(zhǎng)波輻射(Ia)與晚間有效輻射(Iy),指建筑表面向天空的有效輻射,指

6、大氣向建筑表面的輻射,大氣向建筑表面的輻射：Ia,(地表)建筑表面向天空的輻射：Id,(地表) 建筑向天空的有效輻射：IS,B,考慮云層(地表)建筑向天空的有效輻射：IS,y,天空當(dāng)量溫度,大氣溫度,式4-25,為何白天可以忽略大氣長(zhǎng)波輻射，晚間不可以？,例題4-2,晚間有效輻射,415,太陽直射輻射,太空散射輻射,對(duì)流換熱,地面反射輻射,環(huán)境長(zhǎng)波輻射,地面長(zhǎng)波輻射,壁體得熱,IS,IZ,ID,非透明體外表面接受熱輻射：,4.1.1 太陽輻射與室外空氣綜合溫度,室外空氣綜合溫度,大氣長(zhǎng)波輻射,IZ,IS,建筑表面接受輻射,416,室外空氣溫度：,外表面接受的有效熱輻射：,外表面得熱：,短波輻射

7、,長(zhǎng)波輻射,4.1.1 太陽輻射與室外空氣綜合溫度,Iy Id Ia,室外空氣綜合溫度,417,td(I),tw,當(dāng)量空氣溫度,+,=,室外空氣溫度,室外空氣綜合溫度,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(zhǎng)波輻射：,td(I),Iy/w工程處理： 垂直面： Iy/w = 0； 水平面： Iy/w = 3.54.0。,室外空氣綜合溫度,418,導(dǎo)熱特性：,100,氣體 0.0060.6 Air:0.029,液體 0.070.7 Water:0.58,建筑材料 0.33.5 鋼筋混凝土:1.5,金屬 2.2240 建筑鋼材,20,保溫材料0.3,保溫材料其他要求：600700kg/m3;

8、；耐壓強(qiáng)度：4kg/cm2 要點(diǎn): 空隙率, air solid,2,圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)與熱對(duì)流,聚乙烯泡沫材料：0.04,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,表面熱對(duì)流特性：,表4-3,w 、n = f(v、t、熱面形式),墻體導(dǎo)熱系數(shù)，W/mK,419,表面輻射特性：,一般建筑內(nèi)墻：0.820.93，鋁箔0.050.20 太陽集熱器s ，保溫材料常貼鋁箔 、墻體表面反射率、吸收率、透射率 （ =0：非透明體；1：半透明體） s表面的太陽吸收率,Cb黑體輻射系數(shù)： 5.67 W/(m2K4),表面黑度：,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 非透明體圍

9、護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,420,工程上： = f（墻表面平整度，室外風(fēng)速）=1923 W/(m2K) = f（墻表面平整度） 8.72 W/(m2K),對(duì)流放熱系數(shù)：,輻射放熱系數(shù)：,以外墻為例：,out,輻射,對(duì)流,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,表面輻射特性：,421,吸(放)熱導(dǎo)熱放(吸)熱,穩(wěn)定傳熱量計(jì)算,流體與壁面對(duì)流傳熱 以外墻為例：,壁面與壁面輻射傳熱 以外墻為例：,固體間導(dǎo)熱傳熱,并聯(lián)作用表面換熱,串聯(lián)作用,并聯(lián)作用表面換熱,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素,4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,422,K0、R0墻體總傳熱系數(shù),總傳熱熱阻

10、R0=1/K0， Kf（墻體材質(zhì)）GB50176-93民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范等,tw,tn,多層均質(zhì)墻體,w,n,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素,4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,穩(wěn)定傳熱量計(jì)算,423,封閉空氣間層：,導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射同時(shí)存在 處理方法：當(dāng)量導(dǎo)熱表4-7,實(shí)體： dR 傳熱,空氣間層：,思考：一般封閉間層內(nèi)貼鋁箔(小) 以降低傳熱量,一般貼在高溫側(cè)避免結(jié)露,為什么？否則會(huì)使間層低溫側(cè)的溫度進(jìn)一步降低,增加結(jié)露的可能性,影響其保溫性能.,低溫側(cè),高溫側(cè),高溫側(cè),低溫側(cè),4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,穩(wěn)定傳熱量計(jì)算,424,組合墻體：,（1）分層按等熱流層分 （2

11、）確定組合層并聯(lián)處理成當(dāng)量熱阻,由的面積加權(quán)推導(dǎo),（3）整個(gè)墻體按多層均質(zhì)求解,4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,計(jì)算方法：,穩(wěn)定傳熱量計(jì)算,No.12,425,衰減特性：衰減系數(shù)0=室外綜合空氣溫度波幅/內(nèi)表面溫度波幅 延遲特性：延遲時(shí)間0=內(nèi)表面溫度波動(dòng)相位延遲 蓄熱特性：蓄熱系數(shù) S = 熱流波動(dòng)振幅與溫度波動(dòng)振幅之比,qn,A0,An,=A0/An,4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,不穩(wěn)定熱工特性,426,材料的蓄熱系數(shù)反應(yīng)材料的蓄熱特性。,表面溫度波動(dòng)程度 S表面溫度波動(dòng)蓄熱 一般空氣間層：S=0,材料層衰減度材料內(nèi)部溫度衰減規(guī)律,熱惰性指標(biāo)反抗溫度波動(dòng)的能力,S可蓄熱

12、D抗波動(dòng),D3.0：輕型結(jié)構(gòu) 3.1D6.0：中型結(jié)構(gòu) D6.1：重型結(jié)構(gòu),S參數(shù)均可通過半無窮大材料的不穩(wěn)定傳熱計(jì)算,4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,不穩(wěn)定熱工特性,427,材料的蓄熱系數(shù)反應(yīng)材料的蓄熱特性。某一勻質(zhì)半無限大壁體一側(cè)受到諧波熱作用時(shí),迎波面上接受的面積熱流量振幅與該表面的溫度振幅之比. 物理意義：表面溫度波幅為一度時(shí)，流入材料表面的最大熱流密度。它反映材料在周期性熱作用下蓄熱和放熱的能力大小。 通常希望圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料蓄熱系數(shù)要大些，這樣當(dāng)熱流有波動(dòng)時(shí)，可以減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面以及室內(nèi)空氣溫度的波動(dòng)。 對(duì)于同樣的表面溫度，蓄熱系數(shù)大的材料，表面換熱較大。,熱惰性指標(biāo)反抗溫

13、度波動(dòng)的能力。材料層的熱惰性指標(biāo)是表示材料層受到波動(dòng)熱的作用后，背波面上溫度波動(dòng)劇烈程度的一個(gè)指標(biāo)，表明材料層抵抗溫度波動(dòng)的能力，其能力的大小與墻體的蓄熱能力有關(guān)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱容越大，蓄熱能力就越大，反抗溫度波動(dòng)的能力就越大，因而溫度波幅的衰減就越大，滯后的時(shí)間就越長(zhǎng)。,428,4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,不穩(wěn)定熱工特性 室外溫度諧波傳至平壁內(nèi)表面時(shí)的總衰減度和總相位延遲,429,波長(zhǎng)/m,穿透率/%,可見光,近紅外線,長(zhǎng)波紅外線,0.8,玻璃對(duì)波長(zhǎng)具有選擇性的透過特性：3m以下波長(zhǎng)幾乎全部透過，但卻能阻隔3 m以上的長(zhǎng)波紅外線輻射溫室效應(yīng),4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.

14、2 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,光學(xué)特性,430,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,玻璃在界面上的反射、透過特性和內(nèi)部的吸收特性： 界面的反射百分比，A0單程吸收百分比，,光學(xué)特性,431,反射百分比：,吸收百分比：,r,a0,標(biāo)準(zhǔn)玻璃K0.045,玻璃/太陽下,空氣,消光系數(shù),行程,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,光學(xué)特性,432,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,熱工特性,窗框（材料、各種間隔、斷熱窗框等,玻璃系統(tǒng)（單層、雙層、貼膜等）,組合結(jié)構(gòu),窗系統(tǒng),433,單層：

15、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。,多層：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(duì)反射輻射的透過。,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,熱工特性,表4-9,434,窗框型材：木框、鋁合金框、鋁合金斷熱框、塑鋼框、斷熱塑鋼框等； 玻璃層間：可充空氣、氮、氬、氪等或有真空夾層； 玻璃層數(shù)：?jiǎn)尾！㈦p玻、三玻等； 玻璃類別：普通透明玻璃、有色玻璃、低輻射(Low-e)玻璃等； 玻璃表面：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(duì)近紅外線高反射率的

16、熱鏡膜。,窗玻璃中心溫度,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,熱工特性,435,通過窗進(jìn)入室內(nèi)的得熱：玻璃得熱80%，其次是縫隙空氣滲透得熱和窗框傳熱得熱。,常用窗框材料的導(dǎo)熱系數(shù)W/(mK),中空玻璃及其他墻體材料的傳熱系數(shù)W/(m2K),雙玻熱阻：,4.1.2 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,熱工特性,436,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)入到空氣中的熱量外，還包括貯存在熱表面上的熱量。,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.1 得熱與負(fù)荷的基本概念,得熱與負(fù)荷的定義與構(gòu)成,437,4.2

17、 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.1 得熱與負(fù)荷的基本概念,冷負(fù)荷形成過程,得熱：進(jìn)入建筑的總熱量，包括導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射、直接空氣交換/HG(n) 空調(diào)負(fù)荷：維持環(huán)境空調(diào)去除或加入的冷量或熱量/CL(n) 除熱量： 房間非穩(wěn)定工況下實(shí)際由空調(diào)系統(tǒng)除去的熱量/HE(n),比例f (熱源性質(zhì)) 表4-15,蓄熱比例f (建筑熱工特性、作用形式),壓縮機(jī) 功率,除熱量,（空調(diào)送風(fēng)方式）,與得熱比較有衰減和延遲,438,室內(nèi)熱源得熱 室內(nèi)熱源對(duì)流得熱 熱源向空調(diào)輻射板的輻射熱源向壁面的輻射,室內(nèi)熱源得熱分解：,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.1 得熱與負(fù)荷的基本概念,冷負(fù)荷

18、形成過程,439,冷負(fù)荷 排除的對(duì)流熱得熱+潛熱+空氣的焓值增值 室內(nèi)熱源對(duì)流得熱 壁面對(duì)流得熱潛熱 滲透得熱,房間空氣的熱平衡關(guān)系空調(diào)送風(fēng)方式負(fù)荷,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.1 得熱與負(fù)荷的基本概念,冷負(fù)荷形成過程,穩(wěn)定時(shí),其量物理意義?,440,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.1 得熱與負(fù)荷的基本概念,建筑蓄熱特性對(duì)冷負(fù)荷的影響,諧波擾量,階躍擾量,得熱量？ 蓄熱量？ 冷負(fù)荷？ 除熱量？ 新概念,441,的發(fā)展過程,當(dāng)量溫差法,諧波分解法,美/1946,蘇/50年代,得熱=負(fù)荷,反應(yīng)系數(shù)法,ASHRAE/77年,冷負(fù)荷系數(shù)法,加/1967-71,日射冷負(fù)荷系數(shù),Z傳遞函數(shù)改進(jìn),典型建筑冷負(fù)荷溫差及冷負(fù)荷系數(shù),諧波 反應(yīng)法,完善,穩(wěn)態(tài) 計(jì)算法,得熱負(fù)荷,我國(guó)根據(jù)不同對(duì)象推薦采用：,冬季,內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷,外圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷,室內(nèi)冷負(fù)荷,窗戶日射冷負(fù)荷,4.2 房間冷負(fù)