第三章建筑熱濕環(huán)境

第三章建筑熱濕環(huán)境主要內(nèi)容建筑環(huán)境中重要的部分第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞第三節(jié)以其他形式進入室內(nèi)的熱量和濕量第四節(jié)冷負荷與熱負荷第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹第三章建筑熱濕環(huán)境外擾：室外氣象參數(shù)、鄰室的空氣溫濕度內(nèi)擾：室內(nèi)設(shè)備、照明、人員等室內(nèi)熱濕源建筑熱濕環(huán)境是如何形成的？第三章建筑熱濕環(huán)境圍護結(jié)構(gòu)的熱作用過程：無論是通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱傳濕還是室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕，其作用形式基本為對流換熱（對流質(zhì)交換）、導(dǎo)熱（水蒸氣滲透）和輻射三種形式圍護結(jié)構(gòu)傳熱（傳濕）室內(nèi)產(chǎn)熱（產(chǎn)濕）對流換熱（對流質(zhì)交換）導(dǎo)熱（水蒸氣滲透）輻射第三章建筑熱濕環(huán)境得熱（HeatGain，HG）：某時刻在內(nèi)外擾作用下進入房間的熱量。如果得熱量為負，意味著房間失去熱量。圍護結(jié)構(gòu)熱過程的特點：由于圍護結(jié)構(gòu)本身存在熱慣性，使得其熱濕過程的變化規(guī)律變得相當(dāng)復(fù)雜，通過圍護結(jié)構(gòu)的得熱量與外擾之間存在衰減和延遲的關(guān)系得熱顯熱潛熱對流輻射第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用非透光圍護結(jié)構(gòu)一部分被反射一部分被吸收兩者的比例取決于圍護結(jié)構(gòu)表面的吸收率（或反射率）反射吸收第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用不同類型的表面對輻射的波長是有選擇性的，黑色表面對各種波長的輻射幾乎全部吸收，白色表面對不同波長的輻射反射率不同，可以反射幾乎90%的可見光圍護結(jié)構(gòu)的表面越粗糙、顏色越深，吸收率就越高，反射率越低表3-1第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用透光圍護結(jié)構(gòu)玻璃對不同波長的輻射具有選擇性——溫室效應(yīng)可見光近紅外線長波紅外線反射和吸收第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞4－9第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用陽光照射到雙層半透明薄層時，還要考慮兩層半透明薄層之間的無窮次反射以及再對反射輻射的透過假定兩層材料的吸收百分比和反射百分比完全相同，兩層的吸收率相同嗎？不同角度，吸收百分比不同。相應(yīng)的吸收率、反射率、透射率不同，其輻射能不同。第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用陽光照射到單層半透明薄層時，半透明薄層對于太陽輻射的總反射率、吸收率和透射率是陽光在半透明薄層內(nèi)進行反射、吸收、透射的無窮次反復(fù)之后的無窮多項之和。第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用半透明薄層的反射百分比入射角和折射角的關(guān)系取決于兩種介質(zhì)的性質(zhì)，即與折射指數(shù)有關(guān)。第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用射線單程通過半透明薄層的吸收百分比：ra0aP50圍護結(jié)構(gòu)外表面的熱平衡第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用太陽直射輻射大氣長波輻射太空散射輻射對流換熱地面反射輻射環(huán)境長波輻射地面長波輻射壁體得熱建筑物外表面單位面積上得到的熱量：室外空氣綜合溫度相當(dāng)于在原來的室外氣溫上增加了一個太陽輻射的等效溫度值，并扣除了物體本身與環(huán)境的有效輻射的當(dāng)量溫度值如果考慮圍護結(jié)構(gòu)外表面與天空和周圍物體之間的長波輻射，則有：如果不考慮圍護結(jié)構(gòu)外表面與天空和周圍物體之間的長波輻射，則有：第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用并非實際的室外空氣溫度例3-1某建筑物屋頂外表面為油氈防水層，黑色瀝青表面，對太陽輻射的吸收系數(shù)是0.92，夏天某日中午的室外氣溫是30℃，照射到屋頂?shù)妮椛鋸姸仁?003W/m2，求此時該屋面的室外空氣綜合溫度。外表面換熱系數(shù)取19W/(m2·K)。第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用夜間輻射圍護結(jié)構(gòu)外表面與環(huán)境的長波輻射換熱包括大氣長波輻射以及來自地面和周圍建筑及其他物體表面的長波輻射。如果僅考慮對天空的大氣輻射和對地面的長波輻射，則有：第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用環(huán)境表面的長波輻射取決于角系數(shù)（環(huán)境表面的形狀、距離和角度有關(guān)），往往采用經(jīng)驗值：垂直表面為0；水平表面取=3.5~4.0℃第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞通過圍護結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過透光圍護結(jié)構(gòu)的顯熱得熱外表面對流換熱外表面日射通過墻體導(dǎo)熱通過板壁導(dǎo)熱透過玻璃日射得熱得熱：含義第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的顯熱傳遞過程由于圍護結(jié)構(gòu)存在熱慣性，通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量和溫度波動與外擾波動幅度之間存在衰減和延遲的關(guān)系。衰減和滯后的程度取決于圍護結(jié)構(gòu)的蓄熱能力。熱容量第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞非均質(zhì)板壁的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程：邊界條件：x=0x=一維通過圍護結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱實際傳入室內(nèi)的熱量，達到內(nèi)表面后通過對流、輻射的形式傳給室內(nèi)空氣和其他表面第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞利用室外空氣綜合溫度來代替圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)空氣溫度，則x=0時邊界條件簡化為：將x=δ時邊界條件中的長波輻射項進行線性化通過非透光圍護結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱而實際傳入室內(nèi)的熱量第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞板壁各層隨室外溫度的變化情況各圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度和室內(nèi)空氣溫度之間存在著顯著的耦合關(guān)系第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞Qwall,condtinQ’wall,condt(x,)tz有內(nèi)輻射熱源照射時的溫度分布無內(nèi)輻射熱源照射時的溫度分布第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞Q’wall，cond＜

Qwall，cond室內(nèi)外溫度和墻體的熱工參數(shù)均沒變，內(nèi)表面與室內(nèi)空氣的對流換熱量增加了即便室外參數(shù)和室內(nèi)空氣溫度是維持不變的，通過非透光圍護結(jié)構(gòu)從室外進入室內(nèi)的熱量卻可能不是一個確定值——受室內(nèi)其他表面的溫度和室內(nèi)長、短波輻射熱源存在的影響非透光結(jié)構(gòu)的這個特點導(dǎo)致求解通過非透光結(jié)構(gòu)的傳熱量是一個非常復(fù)雜的問題。與室內(nèi)熱源設(shè)備、室內(nèi)人員、通過玻璃窗的太陽輻射等進入到室內(nèi)的熱量有很大的不同。第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞通過透光圍護結(jié)構(gòu)的顯熱傳遞過程透光圍護結(jié)構(gòu)是由玻璃與其他透光材料以及框架組成的第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞窗框型材有木框、鋁合金框、鋁合金斷熱框、塑鋼框、斷熱塑鋼框等窗框數(shù)目有單框、多框玻璃層數(shù)有單層、雙層、三層玻璃層之間可充氣體或有真空夾層玻璃類別有普通透明玻璃、有色玻璃、吸熱玻璃、反射玻璃、low-e玻璃、可由電信號控制透射率的電致變色玻璃等玻璃表面有各種輻射阻隔性能的鍍膜或貼膜，如反射膜、low-e膜、有色遮光膜等第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞住宅建筑我國住宅建筑最常見的是鋁合金框或塑鋼框配單層或雙層普通透明玻璃，雙層玻璃間為空氣夾層，北方地區(qū)很多建筑裝有兩層單玻窗發(fā)達國家寒冷地區(qū)的住宅則多裝有充惰性氣體的多層玻璃窗大型公共建筑我國大型公共建筑多采用有色玻璃或反射鍍膜玻璃。部分新建筑采用low-e玻璃發(fā)達國家大型公共建筑多采用高絕熱性能的low-e玻璃第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞通過透光圍護結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的顯熱包括：通過玻璃板壁的熱傳導(dǎo)和透過玻璃的日射輻射得熱通過透光外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱得熱量：不同類型的透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)差別很大，類型相同，工藝水平不同，傳熱系數(shù)的差別也很大low-e膜或low-e玻璃可以有效降低玻璃窗的總傳熱系數(shù)第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用低輻射玻璃（low-e玻璃）將具有低紅外發(fā)射率、高紅外反射率的金屬（鋁、銅、銀、錫等）采用真空沉積技術(shù)，在普通玻璃表面沉積一層極薄的金屬涂層透光性良好，吸收率低，反射率高有高透和低透第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用一層普通玻璃和一層low-e玻璃的光譜透射率透射率反射率對長波輻射的透射率都很低，但low-e對于波長范圍在0.76~3μm的近紅外先輻射透射率低很多第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞夜間除了通過玻璃窗的熱傳導(dǎo)外還有向外的長波輻射low-e玻璃可以減少夜間的輻射散熱長波輻射導(dǎo)熱和自然對流換熱長波輻射室內(nèi)表面對玻璃的長波輻射對流換熱第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞透過標(biāo)準(zhǔn)玻璃的太陽輻射得熱SSG透過單位面積玻璃或透光材料的太陽輻射得熱量：玻璃吸收太陽輻射造成的房間得熱量：第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞標(biāo)準(zhǔn)太陽得熱量SSG標(biāo)準(zhǔn)透光材料：3mm厚普通玻璃（我國、美國、日本），5mm厚普通玻璃（英國）遮擋系數(shù)Cs：太陽輻射通過某種玻璃或透光材料的實際太陽得熱量與通過3mm厚的標(biāo)準(zhǔn)玻璃或透光材料的太陽得熱量SSG的比值第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞遮陽設(shè)施外遮陽：固定建筑構(gòu)件的挑檐、外百葉簾、遮陽板或其他形式有遮陽作用的建筑構(gòu)件，可調(diào)節(jié)的遮陽蓬、活動百葉挑檐、外百葉簾、外卷簾等內(nèi)遮陽：窗簾、百葉安置在兩層玻璃之間：固定的、可調(diào)節(jié)的百葉第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞7030透過：100打開的窗戶僅內(nèi)窗簾19對流：4透過：77816mm普玻透過：19對流：32反射：4951反射對流6mm+內(nèi)百葉82對流：8透過：1018反射對流外百葉+6mm第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞反射對流透過外遮陽：只有透過一部分成為得熱對流透過反射內(nèi)遮陽：透過和吸收全部成為得熱外遮陽和內(nèi)遮陽各有優(yōu)缺點把百葉安置在兩層玻璃之間是一種折中的辦法通風(fēng)雙層玻璃窗，內(nèi)置百葉第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞太陽光束空氣入口第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞陽光篩選水平比較單窗格百葉窗遮陽系數(shù)Cn：設(shè)置了遮陽設(shè)施后的透光外圍護結(jié)構(gòu)太陽輻射得熱量與未設(shè)置遮陽設(shè)施時的太陽輻射得熱量之比通過透光外圍護結(jié)構(gòu)的太陽輻射得熱量陽光實際照射面積比Xs：透明外圍護結(jié)構(gòu)上的光斑面積與透光外圍護結(jié)構(gòu)面積之比第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞外遮陽的作用，本質(zhì)是減少透光圍護結(jié)構(gòu)上的光斑面積。通過透光外圍護結(jié)構(gòu)的得熱量第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞得熱量與通過透光圍護結(jié)構(gòu)實際進入室內(nèi)的熱量之間有差別室內(nèi)外溫度不同，玻璃吸收太陽輻射后還會通過長波輻射散熱玻璃內(nèi)部溫度分布與內(nèi)表面溫度有改變存在室內(nèi)輻射熱源通過透光外圍護結(jié)構(gòu)的得熱量的其他計算方法太陽得熱系數(shù)SHGC：通過透光外圍護結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)得熱量遮陽系數(shù)SC：第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞相當(dāng)于遮擋系數(shù)Cs。但不隨光譜變化，不隨入射角變化。通過圍護結(jié)構(gòu)的濕傳遞濕傳遞的動力——圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣的水蒸氣分壓力不相等通過圍護結(jié)構(gòu)的濕量水蒸氣滲透系數(shù)Kv第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞一般情況不計。但對于恒溫恒濕控制的房間或低溫環(huán)境，要考慮水蒸氣。第n層材料層外表面的溫度tn第n層材料層外表面的水蒸氣分壓力Pn第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞由于圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫度不同，形成溫度分布由于圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)壓力不同，形成溫度分布第二節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱濕傳遞溫度實際水蒸氣分壓力飽和水蒸氣分壓力當(dāng)水蒸氣分壓力大于飽和水蒸氣分壓力時，就會出現(xiàn)水蒸氣凝結(jié)或凍結(jié)現(xiàn)象，影響圍護結(jié)構(gòu)的保溫和強度室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕量人體通過皮膚和服裝向環(huán)境散發(fā)顯熱（產(chǎn)熱）通過呼吸、出汗向環(huán)境散發(fā)潛熱（產(chǎn)濕）照明：顯熱設(shè)備工業(yè)建筑設(shè)備的散熱：取決于工藝過程的需要民用建筑的散熱散濕設(shè)備：家用電器、廚房設(shè)施、食品、游泳池、體育和娛樂設(shè)施等第三節(jié)以其他形式進入室內(nèi)的熱濕量顯熱散熱的散熱形式對流：直接進入空氣輻射：進入圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面及其它表面、透過玻璃窗到室外等顯熱熱源的輻射波長特征可見光及近紅外線：照明燈具、高溫?zé)嵩吹冗h紅外線：人體、常溫設(shè)備等第三節(jié)以其他形式進入室內(nèi)的熱濕量室內(nèi)產(chǎn)熱加熱設(shè)備（包括照明）：散入室內(nèi)的全部成為得熱電動設(shè)備一部分轉(zhuǎn)化為熱能，全部成為得熱一部分轉(zhuǎn)化為機械能，一部分或全部轉(zhuǎn)化為得熱注意：考慮設(shè)備與照明的不同時使用，散熱要根據(jù)實際情況人體：取決于人體的代謝率，顯熱和潛熱的比例與空氣溫度和平均輻射溫度有關(guān)。第四章詳細介紹第三節(jié)以其他形式進入室內(nèi)的熱濕量室內(nèi)產(chǎn)濕室內(nèi)濕源：人員、水面、產(chǎn)濕設(shè)備散濕形式：直接進入空氣第三節(jié)以其他形式進入室內(nèi)的熱濕量濕源與空氣進行質(zhì)交換有熱源的濕表面：既有顯熱交換又有潛熱交換，散濕量：無熱源的濕表面：濕表面水分通過吸收空氣中的顯熱量而蒸發(fā)，蒸發(fā)過程是一個絕熱過程，室內(nèi)總得熱量為零有蒸汽散發(fā)源：加入蒸汽所含的熱量就是潛熱散熱量第三節(jié)以其他形式進入室內(nèi)的熱濕量第三節(jié)以其他形式進入室內(nèi)的熱濕量空氣溫濕度空氣溫度、四周的表面溫度接受輻射的表面溫度表面特性熱源的發(fā)射能力對流室內(nèi)熱源得熱顯熱潛熱輻射短波輻射長波輻射室內(nèi)有N個熱源，m個可接受到熱源輻射的表面，總顯熱得熱量：對長波輻射項進行線性化，有：第三節(jié)以其他形式進入室內(nèi)的熱濕量室內(nèi)產(chǎn)濕量潛熱量室內(nèi)熱源得熱量第三節(jié)以其他形式進入室內(nèi)的熱濕量空氣滲透帶來的得熱空氣滲透——非人為組織的通風(fēng)孔口出流——流速較高，流動多處于阻力平方區(qū)滲流——流速緩慢，流動處于層流區(qū)門窗縫隙滲透——介于孔口出流和滲流之間第三節(jié)以其他形式進入室內(nèi)的熱濕量室內(nèi)外壓力差ΔP是決定空氣滲透量的因素——風(fēng)壓和熱壓夏季——室外溫差小，風(fēng)壓有正壓送風(fēng)，不考慮空氣滲透沒有正壓送風(fēng)，考慮空氣滲透冬季——風(fēng)壓和熱壓煙囪效應(yīng)會強化空氣滲透風(fēng)壓和熱壓對自然通風(fēng)的作用原理在第六章介紹第三節(jié)以其他形式進入室內(nèi)的熱濕量由于存在空氣密度差，室外冷空氣從建筑下部的開口進入，室內(nèi)空氣從建筑上部的開口流出高層建筑熱壓作用更加明顯，底層房間的熱負荷明顯高于上部房間的熱負荷?？諝鉂B透量的計算方法縫隙法換氣次數(shù)法空氣滲透帶來的總得熱第三節(jié)以其他形式進入室內(nèi)的熱濕量負荷的定義冷負荷維持室內(nèi)空氣熱濕參數(shù)在一定要求范圍內(nèi)時，在單位時間內(nèi)需要從室內(nèi)除去的熱量，包括顯熱負荷和潛熱負荷如果把潛熱量表示為單位時間內(nèi)排除的水分，可稱作濕負荷熱負荷維持室內(nèi)空氣熱濕參數(shù)在一定要求范圍內(nèi)時，在單位時間內(nèi)需要向室內(nèi)加入的熱量，包括顯熱負荷和潛熱負荷如果只考慮控制室內(nèi)溫度，熱負荷只包括顯熱負荷第四節(jié)冷負荷與熱負荷常規(guī)空調(diào)——去除進入到空氣中的熱量（送風(fēng)）輻射空調(diào)——去除進入到空氣中的熱量（送風(fēng)），以及室內(nèi)各表面的熱量（冷輻射）第四節(jié)冷負荷與熱負荷各種得熱進入空氣的途徑潛熱得熱、滲透空氣的得熱直接進入室內(nèi)空氣中，形成瞬時負荷通過圍護結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱、通過玻璃窗日射得熱、室內(nèi)熱源的顯熱得熱對流部分直接傳給室內(nèi)空氣，形成瞬時負荷輻射部分先通過長波輻射傳給圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面和家具表面，再通過對流換熱釋放到空氣中，形成冷負荷第四節(jié)冷負荷與熱負荷負荷與得熱的關(guān)系第四節(jié)冷負荷與熱負荷τq實際冷負荷(輕型)實際冷負荷(中型)實際冷負荷(重型)西向瞬時太陽輻射得熱設(shè)計冷負荷冷負荷與得熱量有關(guān)，但冷負荷不一定等于得熱量空調(diào)形式常規(guī)送風(fēng)空調(diào)：負荷=對流部分輻射空調(diào)：負荷=對流+輻射部分熱源特性：對流與輻射的比例圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能：蓄熱能力房間構(gòu)造：角系數(shù)第四節(jié)冷負荷與熱負荷

為了確定冷負荷大小，對流和輻射的比例先確定。它們又與熱源溫度，室內(nèi)空氣溫度、周圍表面溫度等等有關(guān)，分配復(fù)雜。表3-13輻射的比例越大，得熱與冷負荷的差距就越大第四節(jié)冷負荷與熱負荷形成室內(nèi)冷負荷主要的方式，就是對流和輻射房間空氣的熱平衡第四節(jié)冷負荷與熱負荷

排除的對流熱＝室內(nèi)熱源對流得熱 ＋壁面對流得熱＋滲透得熱幾個熱平衡關(guān)系室內(nèi)熱源對流得熱第四節(jié)冷負荷與熱負荷室內(nèi)熱源總得熱＝室內(nèi)熱源對流得熱＋向室內(nèi)表面的長波輻射＋向室內(nèi)表面的短波輻射壁面對流得熱第四節(jié)冷負荷與熱負荷通過圍護結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱得熱＋本壁面獲得的通過玻璃窗的日射得熱＝壁面對流得熱＋本壁面向空調(diào)輻射板的輻射＋本壁面向其他壁面的長波輻射＋本壁面向熱源的輻射Qwall,cond常規(guī)空調(diào)的房間冷負荷非透光圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面p55傳到i表面的通過圍護結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱量+（i表面獲得的太陽輻射得熱+i表面獲得的熱源短波輻射得熱）=i表面的對流換熱+（i表面向其他表面的長波輻射-i表面獲得的熱源的長波輻射得熱）室內(nèi)有N個內(nèi)表面，n個非透光，m個透光表面，單個非透光圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面熱平衡式：第四節(jié)冷負荷與熱負荷文字描述幾個假設(shè)若內(nèi)表面i是室內(nèi)家具設(shè)施表面

若內(nèi)表面i透光外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面（忽略透過其他窗戶的太陽輻射和熱源輻射到該表面的部分）通過玻璃傳導(dǎo)傳到i表面的得熱量+i表面吸收的通過玻璃本身的太陽輻射=i表面的對流換熱+i表面向其他表面的長波輻射-i表面獲得的熱源的長波輻射得熱第四節(jié)冷負荷與熱負荷通過圍護結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱傳給i表面的熱量通過透光外圍護結(jié)構(gòu)得熱第二節(jié)（式3-27）熱平衡式又可表示為：第四節(jié)冷負荷與熱負荷房間空氣的熱平衡房間的顯熱冷負荷=室內(nèi)熱源對流得熱+Σ內(nèi)表面i的對流換熱+滲透顯熱得熱=（室內(nèi)熱源總得熱-熱源向室內(nèi)表面的長波輻射-熱源向室內(nèi)表面的短波輻射）+

Σ內(nèi)表面i的對流換熱+滲透顯熱得熱n個非透光圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面和家具表面與m個透光圍護結(jié)構(gòu)表面的熱平衡式第四節(jié)冷負荷與熱負荷00常規(guī)空調(diào)輻射線性化房間空氣的熱平衡房間顯熱冷負荷又可表示為房間總冷負荷第四節(jié)冷負荷與熱負荷熱源得熱滲透得熱透光圍護結(jié)構(gòu)得熱非透光圍護結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)熱冷負荷與得熱會出現(xiàn)相位差是因為最后一項。冷輻射板空調(diào)的房間冷負荷非透光外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面?zhèn)鞯絠表面的通過圍護結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱量+（i表面獲得的太陽輻射得熱+i表面獲得的熱源短波輻射得熱）=i表面的對流換熱+（i表面向其他表面的長波輻射+i表面向空調(diào)輻射板的長波輻射-i表面獲得的熱源的長波輻射得熱）第四節(jié)冷負荷與熱負荷與常規(guī)空調(diào)一樣，多了圈內(nèi)透光外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面通過玻璃傳導(dǎo)傳到i表面的得熱量+i表面吸收的通過玻璃本身的太陽輻射=i表面的對流換熱+i表面向其他表面的長波輻射+i表面向冷輻射板的長波輻射-i表面獲得的熱源的長波輻射得熱透過玻璃窗的太陽輻射得熱部分落在室內(nèi)表面上，部分落在冷輻射板上熱源向室內(nèi)表面的長波與短波輻射包括向圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面，家具設(shè)施等表面的長波輻射，還包括對冷輻射板的長波和短波輻射第四節(jié)冷負荷與熱負荷房間空氣的熱平衡n個非透光圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面和家具表面與m個透光圍護結(jié)構(gòu)表面的熱平衡式第四節(jié)冷負荷與熱負荷房間空氣的熱平衡冷輻射板的對流除熱量冷輻射板的輻射除熱量第四節(jié)冷負荷與熱負荷房間空氣的熱平衡房間顯熱冷負荷維持室內(nèi)空氣溫度相同，輻射空調(diào)的房間冷負荷＞常規(guī)空調(diào)的房間冷負荷維持室內(nèi)空氣溫度相同，輻射空調(diào)的房間熱負荷＞常規(guī)空調(diào)的房間熱負荷第四節(jié)冷負荷與熱負荷熱源顯熱得熱滲透顯熱得熱透光圍護結(jié)構(gòu)顯熱得熱非透光圍護結(jié)構(gòu)顯熱傳導(dǎo)室內(nèi)空氣參數(shù)變化時的房間負荷對流顯熱除熱量+空氣的顯熱增值=室內(nèi)熱源對流得熱+Σ內(nèi)表面i的對流換熱+滲透顯熱得熱顯熱冷負荷當(dāng)室內(nèi)空氣在降溫過程中時，房間冷負荷比室溫恒定時大當(dāng)室內(nèi)空氣在升溫過程中時，房間冷負荷比室溫恒定時小間歇運行的空調(diào)系統(tǒng)剛開機運行階段的“啟動負荷”比連續(xù)穩(wěn)定運行時大很多第四節(jié)冷負荷與熱負荷上述都是在恒定的參數(shù)下推導(dǎo)的通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的顯熱得熱概念假定除所考察的圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面外，其余各室內(nèi)表面的溫度均等于室內(nèi)空氣溫度，所考察的圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面沒有受到任何其他短波輻射熱源發(fā)射的熱量，此時，通過該圍護結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量就是通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱。通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱=圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面與空氣的對流換熱+圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面與其他內(nèi)表面的長波輻射換熱如果室內(nèi)各表面溫度＞空氣溫度，且存在短波輻射，則實際通過圍護結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱傳到室內(nèi)的熱量＜通過圍護結(jié)構(gòu)的得熱量；反之，實際通過圍護結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱傳到室內(nèi)的熱量＞通過圍護結(jié)構(gòu)的得熱量第四節(jié)冷負荷與熱負荷第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹1946年，美國C.O.Mackey和L.T.Wright的當(dāng)量溫差法20世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)A.T.LIIKonobeop的諧波分解法1967年，

加拿大D.G.Stephenson和G.P.Mitalas的反應(yīng)系數(shù)法1971年，

加拿大D.G.Stephenson和G.P.Mitalas的冷負荷系數(shù)法1975年，

Rudoy和Duran完善了冷負荷系數(shù)法1992年，McQuiston等提出了日射冷負荷系數(shù)不區(qū)分得熱量與冷負荷區(qū)分得熱量與冷負荷常用的負荷求解方法穩(wěn)態(tài)計算不考慮建筑蓄熱，負荷偏大動態(tài)計算——利用積分變換求解微分方程冷負荷系數(shù)法、諧波反應(yīng)法利用各種專用軟件，采用計算機進行數(shù)值求解計算美國DOE-2英國ESP清華大學(xué)DeST美國EnergyPlus第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹穩(wěn)態(tài)計算法方法采用室內(nèi)外瞬時溫差或平均溫差，不考慮以往傳熱過程的影響特點簡單直觀，可手工計算或估算未考慮建筑的蓄熱性能，計算結(jié)果偏大應(yīng)用條件蓄熱性能小的輕型、簡易圍護結(jié)構(gòu)室內(nèi)外溫差的平均值遠遠大于室內(nèi)外溫差的波動值第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹冬夏室內(nèi)外溫差比較舉例第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹為什么冬季可以采用穩(wěn)態(tài)算法計算采暖負荷，而夏季要用動態(tài)算法計算空調(diào)負荷？動態(tài)計算法解決問題圍護結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定傳熱得熱與負荷的轉(zhuǎn)換關(guān)系解決手段積分變換法（拉普拉斯變換、傅里葉變換）第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹非均質(zhì)板壁的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程：邊界條件：太難求解了！積分變換法概念：把函數(shù)從一個域中轉(zhuǎn)換到另一個域中，在這個新的域中，原來較復(fù)雜的函數(shù)呈現(xiàn)簡單的形式，可以求出解析解原理：對常系數(shù)的線性偏微分方程進行積分變換，再對變換后的方程解進行逆變換第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹B域：問題容易求解對函數(shù)進行積分變換求解A域：問題難以求解對函數(shù)解進行積分逆變換獲得解拉普拉斯變換求解板壁圍護結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定傳熱問題特點把偏微分方程變換為常微分方程把常微分方程變換為代數(shù)方程應(yīng)用條件系統(tǒng)為線性定常系統(tǒng)解的形式傳遞矩陣或s-傳遞函數(shù)第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹傳遞函數(shù)G（s）僅由系統(tǒng)本身的特性決定，與輸入量、輸出量無關(guān)，因此建筑的材料和形式一旦確定，就可以求得其圍護結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)，再通過輸入量和傳遞函數(shù)求得輸出量第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹線性定常系統(tǒng)的特性可應(yīng)用疊加原理對輸入的擾量和輸出的響應(yīng)進行分解和疊加當(dāng)輸入擾量作用的時間改變時，輸出響應(yīng)的時間也產(chǎn)生變化，但輸出響應(yīng)的函數(shù)不會改變可把輸入量進行分解或離散為簡單函數(shù)，再利用變換法進行求解，求出的單元輸入響應(yīng)呈簡單函數(shù)形式，再把這些單元輸入的響應(yīng)進行疊加，得出實際輸入量連續(xù)作用下的系統(tǒng)輸出量，這樣就可以采用手工計算求出冷熱負荷第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹變換法求解圍護結(jié)構(gòu)的非穩(wěn)態(tài)傳熱過程的步驟邊界條件的離散或分解求解單元擾量的響應(yīng)把單元擾量的響應(yīng)進行疊加和疊加積分求和邊界條件的處理方法把邊界條件進行傅里葉級數(shù)展開——諧波反應(yīng)法把邊界條件離散為等時間間隔的、按時間序列分布的單元擾量——反應(yīng)系數(shù)法第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹傅里葉級數(shù)分解第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹室外空氣綜合溫度1階諧波2階諧波3階諧波時刻/h平均值傅里葉級數(shù)分解第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹＝＋＋時間序列離散第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹諧波反應(yīng)法邊界條件被分解為單元正弦（或余弦）波之和，線性系統(tǒng)對單元正弦波的頻率響應(yīng)也是正弦波，但對不同頻率的輸入單元正弦波有不同程度的衰減和延遲板壁內(nèi)表面溫度對第n階單元正弦波擾量的響應(yīng)tz（τ）——輸入擾量為室外空氣綜合溫度；tin（τ）——輸出響應(yīng)為板壁內(nèi)表面溫度；An——第n階輸入擾量單元正弦波的振幅；

Bn——響應(yīng)單元正弦波的振幅；νn——板壁對該頻率下擾量的衰減倍數(shù)，νn=An/Bn；

ψn——板壁對該頻率下單元正弦波擾量的延遲時間第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹各階單元外擾的響應(yīng)疊加圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫度響應(yīng)通過圍護結(jié)構(gòu)形成的得熱通過板壁圍護結(jié)構(gòu)的冷負荷通過玻璃窗的日射冷負荷第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹與所在地區(qū)、圍護結(jié)構(gòu)的構(gòu)造類型、朝向、衰減系數(shù)有關(guān)與有無遮陽、朝向、地處緯度有關(guān)冷負荷系數(shù)法——房間反應(yīng)系數(shù)法的一種形式房間反應(yīng)系數(shù)（冷負荷權(quán)系數(shù)）——某時刻房間的某種得熱量在其作用后諸時刻逐漸變成房間負荷的百分率反應(yīng)系數(shù)法是通過將隨時間連續(xù)變化的擾量曲線離散為按時間序列分布的單元擾量，再求解系統(tǒng)對單位單元擾量的響應(yīng)，最后，利用求得的反應(yīng)系數(shù)通過疊加積分計算出最終的結(jié)果反應(yīng)系數(shù)法先求得房間各時刻的得熱量，再通過反應(yīng)系數(shù)算出房間冷負荷；冷負荷系數(shù)法是直接從擾量求出房間的冷負荷第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹反應(yīng)系數(shù)法第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹設(shè)備使用1小時的室內(nèi)負荷響應(yīng)得熱：Q(t)－－輸入干擾負荷：CLQ(t)－－響應(yīng)

反應(yīng)系數(shù)法第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹設(shè)備使用2小時的室內(nèi)負荷響應(yīng)反應(yīng)系數(shù)法第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹設(shè)備使用10小時的室內(nèi)負荷響應(yīng)通過板壁圍護結(jié)構(gòu)的冷負荷通過玻璃窗的日射冷負荷室內(nèi)熱源散熱形成的冷負荷第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹與所在地區(qū)、圍護結(jié)構(gòu)的構(gòu)造類型、朝向有關(guān)與有無遮陽、朝向、地處緯度有關(guān)與熱源類型、連續(xù)使用時間、距開始使用后的時間有關(guān)兩種積分變化法總結(jié)諧波反應(yīng)法的簡化算法與冷負荷系數(shù)法形式一致為了便于手工計算，均把內(nèi)外擾通過一個板壁形成的冷負荷分離出來，作為一個孤立的過程處理，不考慮與其它墻面和熱源之間的相互影響不能分析變物性的材料如相變材料制成的圍護結(jié)構(gòu)熱過程只是在一定程度上反應(yīng)了得熱和冷負荷之間的區(qū)別，對輻射的影響作了很多簡化如果房間與簡化假定相差較遠，則結(jié)果的誤差較大第五節(jié)典型負荷計算方法原理介紹模擬分析軟件DOE-2由美國能源部主持、勞倫斯伯克