建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1課件

第三章

建筑熱濕環(huán)境1建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1

基本概念與術(shù)語得熱的來源圍護結(jié)構(gòu)的熱工特性與通過圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)3.1通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程3.2通過透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程冷負(fù)荷與熱負(fù)荷4.1基本原理，與得熱之間的關(guān)系4.2負(fù)荷的計算方法內(nèi)容提要（三次課）2建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境11.基本概念與術(shù)語3建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1建筑熱濕環(huán)境是如何形成的?

是建筑環(huán)境中最重要的內(nèi)容主要成因是外擾和內(nèi)擾的影響和建筑本身的熱工性能外擾：室外氣候參數(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 4建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1基本概念

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，其作用形式包括對流換熱（對流質(zhì)交換）、導(dǎo)熱（水蒸汽滲透）和輻射三種形式。對流換熱(對流質(zhì)交換)圍護結(jié)構(gòu)傳熱傳濕室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕輻射導(dǎo)熱(水蒸汽滲透)5建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1基本概念

得熱(HeatGain

HG)：某時刻在內(nèi)外擾作用下進入房間的總熱量叫做該時刻的得熱。如果得熱<0，意味著房間失去熱量。圍護結(jié)構(gòu)熱過程特點：由于圍護結(jié)構(gòu)熱慣性的存在，通過圍護結(jié)構(gòu)的得熱量與外擾之間存在著衰減和延遲的關(guān)系。得熱潛熱顯熱輻射得熱對流得熱6建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境12.得熱的來源

(HeatGain)7建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1得熱的來源與室內(nèi)狀態(tài)無關(guān)，只取決于熱源的得熱室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕，得熱量＝熱源發(fā)熱量室內(nèi)設(shè)備與照明室內(nèi)人員通過圍護結(jié)構(gòu)的空氣滲透導(dǎo)致的得熱透過透光圍護結(jié)構(gòu)的太陽輻射得熱與熱源和室內(nèi)熱狀態(tài)（空氣溫度、壁面溫度）都有關(guān)的得熱通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)通過透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)8建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1

室內(nèi)顯熱熱源包括照明、電器設(shè)備、人員顯熱熱源散熱的形式

輻射：進入墻體內(nèi)表面、空調(diào)輻射板、透過玻璃窗到室外、其它室內(nèi)物體表面（家具、人體等）；對流：直接進入空氣。顯熱熱源輻射散熱的波長特征

可見光和近紅外線：燈具、高溫?zé)嵩矗姞t等）長波輻射：人體、常溫設(shè)備

取決于熱源的得熱

——室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕，得熱量＝發(fā)熱量9建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕（續(xù)）

室內(nèi)濕源包括人員、水面、產(chǎn)濕設(shè)備散濕形式：直接進入空氣圍護結(jié)構(gòu)和家具會有一定的蓄濕功能濕源與空氣進行質(zhì)交換同時一般伴隨顯熱交換有熱源濕表面：水分被加熱蒸發(fā)，向空氣加入了顯熱和潛熱，顯熱交換量取決于水表面積無熱源濕表面：等焓過程，室內(nèi)空氣的顯熱轉(zhuǎn)化為潛熱蒸汽源：可僅考慮潛熱交換10建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1取決于熱源的得熱：人體散熱散濕

請見第四章11建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1取決于熱源的得熱

——空氣滲透帶來的得熱

夏季：室內(nèi)外溫差小，風(fēng)壓是主要動力冬季：室內(nèi)外溫差大，熱壓作用往往強于風(fēng)壓，造成底層房間熱負(fù)荷偏大。因此冬季冷風(fēng)滲透往往不可忽略。理論求解方法：網(wǎng)絡(luò)平衡法，數(shù)值求解《流體網(wǎng)絡(luò)原理》課程將介紹

參考文獻：朱穎心，

水力網(wǎng)絡(luò)流動不穩(wěn)定過程的算法，《清華大學(xué)學(xué)報》,1989年,第5期工程應(yīng)用：縫隙法、換氣次數(shù)法12建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1網(wǎng)絡(luò)平衡法原理

節(jié)點平衡：AG＝0

回路壓力平衡：B

P＝0

各支路和節(jié)點均編號。網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣A元素aij：由i點到j(luò)點為1，反之為-1，無關(guān)為0。基本回路矩陣B元素bij：由j支路與i回路同向為1，反之為-1，無關(guān)為0。13建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1通過圍護結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過圍護結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱通過透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱外表面對流換熱外表面日射通過墻體的導(dǎo)熱兩種得熱方式機理不同通過透光圍護結(jié)構(gòu)的日射得熱通過透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)14建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境13.圍護結(jié)構(gòu)的熱工特性與通過圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)3.1通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程3.2通過透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程15建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1非透光圍護結(jié)構(gòu)外表面所吸收的太陽輻射熱不同的表面對輻射的波長有選擇性，黑色表面對各種波長的輻射幾乎都是全部吸收，而白色表面可以反射幾乎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。反射吸收16建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞吸收率

＋反射率

＋透射率

＝1反射

吸收

透射

17建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞

玻璃對輻射的選擇性——普通玻璃的光譜透射率0.8可見光近紅外線長波紅外線透射率

,％18建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞

將具有低發(fā)射率、高紅外反射率的金屬（鋁、銅、銀、錫等），使用真空沉積技術(shù)，在玻璃表面沉積一層極薄的金屬涂層，這樣就制成了Low-e(Low-emissivity)玻璃。對太陽輻射有高透和低透不同性能。低透low-e玻璃19建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1low-e玻璃的透光選擇性

一層low-e玻璃＋一層普通玻璃透射率反射率20建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞玻璃的吸收百分比a0:21建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞

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、吸收和透過的無窮次反復(fù)之后的無窮多項之和。22建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞

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？23建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1室外空氣綜合溫度

Solar-airTemperature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24建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境160℃！35℃！室外空氣綜合溫度

Solar-airTemperature考慮了太陽輻射的作用對表面換熱量的增強，相當(dāng)于在室外氣溫上增加了一個太陽輻射的等效溫度值。是為了計算方便推出的一個當(dāng)量的室外溫度。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： 如果忽略圍護結(jié)構(gòu)外表面與天空和周圍物體之間的長波輻射： 25建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1室外空氣綜合溫度

Solar-airTemperature

人們常說的太陽下的“體感溫度”是什么？室外空氣綜合溫度與什么因素有關(guān)？高反射率鏡面外墻和紅磚外墻的室外空氣綜合溫度是否相同？請試算一下盛夏太陽下的室外空氣綜合溫度比空氣溫度高多少？26建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1

圍護結(jié)構(gòu)外表面與環(huán)境的長波輻射換熱QL包括大氣長波輻射以及來自地面和周圍建筑和其他物體外表面的長波輻射。如果僅考慮對天空的大氣長波輻射和對地面的長波輻射，則有：思考題白天有天空輻射嗎？試算一個夜間的室外空氣綜合溫度是多少？天空輻射

(夜間輻射，有效輻射)27建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境13.1通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程28建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)由于熱慣性存在，通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量和溫度的波動幅度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29建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

非均質(zhì)板壁的一維不穩(wěn)定導(dǎo)熱過程：邊界條件：

初始條件：

t(x,0)=f(x)內(nèi)表面長波輻射30建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1

利用室外空氣綜合溫度簡化外邊界條件：實際通過圍護結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量為：

x=0x=

Qwall,cond通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

這部分熱量將以對流換熱和長波輻射的形式向室內(nèi)傳播。只有對流換熱部分直接進入了空氣。31建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

板壁各層溫度隨室外溫度的變化32建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

基本物理過程分析

基本表達式板壁內(nèi)表面溫度

t同時受室內(nèi)氣溫、室內(nèi)輻射熱源和其它表面的溫度影響，從而影響總傳熱量氣象和室內(nèi)氣溫對板壁傳熱過程的影響比較確定，容易求得內(nèi)表面輻射對傳熱過程的影響較復(fù)雜，涉及角系數(shù)和各表面溫度33建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1Qoutta,in(

)室內(nèi)其他內(nèi)表面溫度如何影響板壁的傳熱？

盡管內(nèi)表面對流換熱量增加了，但Qout和Qwall,cond卻是減少的。Q’wall,cond|x=

t(x,

)ta,out(

)Qwall,cond|x=

如果室內(nèi)輻射特別強烈……Qwall,cond34建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

基本物理過程分析

結(jié)論即便室外氣象參數(shù)與室內(nèi)空氣溫度是確定的，實際通過非透光圍護結(jié)構(gòu)進入到室內(nèi)的熱傳導(dǎo)量也是不確定的受其他壁面溫度高低與室內(nèi)輻射熱源方向的影響。盡管通過圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)量不確定，但有時又需要用“得熱”的概念，那怎么定義通過圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)得熱呢？35建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱

為了定義通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱HGwall，采用了以下假定條件假定除所考察的圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面以外，其他各室內(nèi)表面的溫度均與室內(nèi)空氣溫度一致室內(nèi)沒有任何其他短波輻射熱源發(fā)射的熱量落在所考察的圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面上，即Qshw＝0。此時，通過該圍護結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量就被定義為通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱。主要反映了室外氣象參數(shù)和室內(nèi)氣溫相對固定的影響，剔除了內(nèi)表面輻射等復(fù)雜因素的影響：HGwall=HGwall,conv＋HGwall,lw36建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱

內(nèi)表面輻射導(dǎo)致的傳熱量差值

將內(nèi)邊界條件線性化，則可利用線性疊加原理將氣象與室內(nèi)氣溫決定的得熱部分與其它部分分離出來

t=t1+

t2

圍護結(jié)構(gòu)實際傳熱量與“得熱”的差值為：如果室內(nèi)各表面溫度高于空氣溫度，且有短波輻射，則

Qwall是正值，即實際條件下通過圍護結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱傳到室內(nèi)的熱量小于上述定義下的通過圍護結(jié)構(gòu)的得熱量。氣象與室溫決定部分外加輻射造成的增量37建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1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”實際上是一個假設(shè)的量量級上與“通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)量”相當(dāng)，但把受其他壁面溫度與室內(nèi)輻射熱源影響部分忽略了，存在數(shù)值上的偏差。通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱VS?38建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱

前者是考慮在內(nèi)外擾動以及整個房間所有圍護結(jié)構(gòu)相互作用下通過一堵墻體的實際傳熱量后者是把一堵墻體割裂開來，僅考慮在內(nèi)外擾動作用下通過一堵墻體的傳熱量目的在于把房間每一堵墻體的得熱求出來，然后進行疊加，以求得通過整個房間圍護結(jié)構(gòu)的總得熱量。是一些簡化手工工程算法的需要。通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱VS39建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1通過圍護結(jié)構(gòu)的濕傳遞

——潛熱得熱

濕傳遞的動力是水蒸氣分壓力的差。墻體中水蒸氣的傳遞過程與墻體中的熱傳遞過程相類似：w=Kv

(Pout-Pin)

kg/s

m2水蒸汽滲透系數(shù)，kg/(N

s)或s/m：40建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1飽和水蒸汽分壓力溫度實際水蒸汽分壓力通過圍護結(jié)構(gòu)的濕傳遞

——潛熱得熱

當(dāng)墻體內(nèi)實際水蒸汽分壓力高于飽和水蒸汽分壓力時，就可能出現(xiàn)凝結(jié)或凍結(jié)，影響墻體保溫能力和強度。41建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境13.2通過透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程42建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1玻璃窗的種類與熱工性能窗框型材有木框、鋁合金框、鋁合金斷熱框、塑鋼框、斷熱塑鋼框等玻璃層數(shù)有單玻、雙玻、三玻等玻璃層間可充空氣、氮、氬、氪等或有真空夾層玻璃類別有普通透明玻璃、有色玻璃、低輻射(Low-e)玻璃等玻璃表面可以有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近紅外線高反射率的熱鏡膜。43建筑環(huán)境學(xué)第三章-熱濕環(huán)境1玻璃窗的種類與熱工性能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