建筑环境学第3章热湿环境-2

1通风双层玻璃窗，内置百页2内百页无通风有通风3通过玻璃窗的长波辐射???夜间除了通过玻璃窗的传热以外，还有由于天空夜间辐射导致的散热量采用low-玻璃可减少夜间辐射散热通过玻璃窗的温差传热量和天空长波辐射的传热量可通过各层玻璃的热平衡求得长波辐射导热和自然对流换热长波辐射室内表面对玻璃的长波辐射对流换热4通过玻璃板壁的传热得热，忽略了玻璃的热惯性透过玻璃的日射得热通过玻璃窗的得热通过透光围护结构的得热得热与玻璃窗的种类及其热工性能有重要的关系。)(,,windwind,inaoutacondwindttFKHG5Part1:透过单位面积玻璃的太阳辐射得热Part2:玻璃吸收太阳辐射造成的房间得热原理：玻璃吸热后会向内、外两侧散热成立的条件：如果内外气温一样总得热：HGwind,sol＝HGglass,+HGglass,adifglassdifDiglassDiglassIIHG,,,通过透光围护结构的日射得热——日射透过＋吸热)(,difdifDiDiinoutoutaglassaIaIRRRHG6通过透光围护结构的日射得热由于玻璃品种繁多，每个进行单独计算很麻烦可利用对标准玻璃的得热SSGDi和SSGdif进行修正来获得简化计算结果：windwindnsdifsDisolwindFXCCSSGXSSGHG)(,实际照射面积比玻璃的遮挡系数遮阳设施的遮阳系数窗的有效面积系数7通过透光围护结构的得热通过透光外围护结构的瞬态总得热量＝传热得热量＋日射得热量上述得热量与通过透光围护结构实际进入室内的热量之间有差别室内外气温不一样，采用标准玻璃的太阳得热量SSG求得的HGwind,sol部分与实际情况存在偏差玻璃实际表面温度变化带来偏差windglassnsdifsDiinoutawindsolwindcondwindwindFXCCSSGXSSGttKHGHGHG})]()([)]()([{)()()(,,,84.冷负荷与热负荷Coolingload&Heatingload9冷负荷与热负荷冷负荷：维持室内空气热湿参数为某恒定值时，在单位时间内从室内除去的热量，包括显热负荷和潜热负荷两部分。如果把潜热负荷表示为单位时间内排除的水分，则又可称作湿负荷。热负荷：维持室内空气热湿参数为某恒定值时，在单位时间内向室内加入的热量，包括显热负荷和潜热负荷两部分。如果只控制室内温度，则热负荷就只包括显热负荷。冷热负荷的大小与去除负荷的方式有关送风方式还是辐射方式？10负荷的大小与去除或补充热量的方式有关常规的送风方式空调需要去除的是进入到空气中的得热量。冷辐射板空调需要去除的热量除了进入到空气中的得热量外，还包括部分贮存在热表面上的得热量11各种得热进入空气的途径潜热得热、渗透空气得热得热立刻成为瞬时冷负荷通过围护结构导热、通过玻璃窗日射得热、室内显热源散热对流得热部分立刻成为瞬时冷负荷辐射得热部分先传到各内表面，再以对流形式进入空气成为瞬时冷负荷，因此负荷与得热在时间上存在延迟。12得热与冷负荷的关系蓄热量需除去的蓄热量实际冷负荷照明得热量热量瞬时得热量瞬时冷负荷需除去的蓄热量蓄热量13得热与冷负荷的关系冷负荷与得热有关，但不一定相等决定因素空调形式送风：负荷＝对流部分辐射：负荷＝对流部分＋辐射部分热源特性：对流与辐射的比例是多少？围护结构热工性能：蓄热能力如何？如果热容为0呢？如果内表面完全绝热呢？房间的构造（角系数）注意：辐射的存在是延迟和衰减的根源！14得热与冷负荷的关系冷负荷的本质是通过某个设定温度下整个房间的热平衡算出来的，综合了各种因素作用的一个综合值；与得热不同的是，不存在灯光造成的负荷、人员造成的负荷……的概念。例如冬天室内有可能是热负荷也有可能是冷负荷，而灯光和人员有降低热负荷的影响，也可能是导致冬季还有冷负荷的原因，但只有跟围护结构散热综合起来才能得到负荷；当室内空气参数在改变的过程中，负荷还受空气与家具、内壁面热容的影响。15室内表面与空气的热平衡关系示意16室内空气的热平衡关系(空气参数恒定)排除的对流热＝室内热源对流得热＋壁面对流换热＋渗透得热17室内热源对流得热室内热源总得热＝室内热源对流得热＋向室内表面的长波辐射＋向室内表面的短波辐射18壁面对流得热通过围护结构的导热量＋本壁面获得的通过玻璃窗的日射得热＝壁面对流换热＋本壁面向空调辐射板的辐射＋本壁面向其他壁面的长波辐射＋本壁面向热源的辐射Qwall,cond19房间的总冷负荷房间的各种得热得热和冷负荷的差值房间空气热平衡的数学表达式对长波辐射项进行了线性化而导出twalliltwindtwallHradconvsclQHGHGHGHGHEHEQinf,得热定义与实际传热量的差值二者之和就是从壁面实际获得的对流热量20讨论：采用辐射板空调的负荷在室内空气参数相同的情况下，采用辐射板空调的负荷比送风空调负荷大还是小？以夏季为例外围护结构的内表面温度降低——导致室外向室内传热增加室内表面（家具、墙面）温度降低——空调系统需要带走的热量增加结论辐射板空调的负荷偏大如果追求的是舒适性相同，哪一个负荷更大？21总负荷室内空气参数变化时，采用“除热量”来描述需要排除的热量。显热除热量为：niicondwalliltwindHLilLHtwalltwallSiltwindSHLtwallSLclsclclQHGHGHGHGHGQHGHGHGHGHGQHGQQQ,,inf,inf,,inf,,,)()(总负荷与除热量asclatwalliltwindowtwallHQQQQHGHGHGHGHE,inf除热量比冷负荷少了一个空气增温需要的热量总负荷＝热源总得热＋窗总得热＋渗透风得热＋墙体实际传热22xtxxaxtxat)()(22第三类边界条件：)()0,(|]),([|)],0()([,0xfxtxtQQttxtttxshwlwinainxzout太难求解了！典型负荷计算方法原理介绍非均匀板壁的不稳定传热:其中内表面长波辐射：)]()([441jimjijijlwTTxQ初始条件：23负荷计算法当量温差法谐波分解法反应系数法谐波反应法冷负荷系数法冷负荷温差法1946USA1950sUSSR1967Canada典型负荷计算方法原理介绍目的：使负荷计算能够在工程应用中实施发展：由不区分得热和冷负荷发展到考虑二者的区别24稳态算法不考虑建筑蓄热，负荷预测值偏大动态算法，积分变换求解微分方程冷负荷系数法、谐波反应法：夏季设计日动态模拟计算机模拟软件DOE2、EnergyPlus(美国)、HASP(日本)、ESP(英国)DeST(中国，清华)常用的负荷求解法25稳态算法方法采用室内外瞬时温差或平均温差，负荷与以往时刻的传热状况无关：Q＝KFT特点简单，可手工计算未考虑围护结构的蓄热性能，计算误差偏大应用条件蓄热小的轻型简易围护结构室内外温差平均值远远大于室内外温度的波动值26-15-10-505101520253035024681012141618202224夏季室内控制温度夏季室外气温冬季室内控制温度冬季室外气温温度(℃)夏季t冬季t时间26℃18℃28.6℃－9℃稳态算法举例：北京室外气温和室内控制温度比较27积分变换法原理对于常系数的线性偏微分方程，采用积分变换如傅立叶变换或拉普拉斯变换。积分变换的概念是把函数从一个域中移到另一个域中，在这个新的域中，函数呈现较简单的形式，因此可以求出解析解。然后再对求得的变换后的方程解进行逆变换，获得最终的解。B域：问题容易求解对函数进行积分变换求解A域：问题难以求解对函数解进行积分逆变换获得解28为何板壁不稳定传热适用拉普拉斯变换？拉普拉斯变换的应用条件时间变化范围为半无穷区间（0，+）必须是线性定常系统拉普拉斯变换的特点复杂函数变为简单函数偏微分方程变换为常微分方程常微分方程变换为代数方程拉普拉斯变换的解传递矩阵或s-传递函数的解的形式29G(s)Input(s)Output(s)系统Input()Output()传递函数与输入量、输出量的关系积分变换法原理传递函数G(s)仅由系统本身的特性决定，而与输入量、输出量无关，因此建筑的材料和形式一旦确定，就可求得其围护结构的传递函数。这样就可以通过输入量和传递函数求得输出量。)()()()()(00sIsOdeIdeOsGss如果输入原函数是指数函数，则不需变换直接输入，即可求得解的原函数30应用条件对于普通材料的围护结构的传热过程，在其一般温度变化的范围内，材料的物性参数变化不大，可近似看作是常数，可采用拉普拉斯变换法来求解。对于采用材料的物性参数随温度或时间有显著变化的围护结构的传热过程，就不能采用拉普拉斯变换法来求解。相变材料，Trombe'sWall(特隆布墙)31线性定常系统的特性可应用叠加原理对输入的扰量和输出的响应进行分解和叠加。当输入扰量作用的时间改变时，输出响应的时间在产生同向、同量的变化，但输出响应的函数不会改变。可把输入量进行分解或离散为简单函数，再利用变换法进行求解。求出分解或离散了的单元输入的响应，这些响应也应该呈简单函数形式。再把这些单元输入的响应进行叠加，就可以得出实际输入量连续作用下的系统的响应输出量。32输入边界条件的处理方法输入边界条件的处理步骤边界条件的离散或分解；求对单元扰量的响应；把对单元扰量的响应进行叠加和叠加积分求和。两种基于积分变换的负荷计算法：函数均采用拉普拉斯变换，边界条件的处理方法不同对边界条件进行傅立叶级数分解：谐波反应法对边界条件进行时间序列离散：反应系数法33-55152535450144028804320576072008640温度(℃)时间(h)武汉市室外干球温度的全年变化34-5515253545014402880432057607200864016.9℃＝＋＋-200200144028804320576072008640-7.507.5050100150输入边界条件的处理方法：——傅立叶级数分解35输入边界条件的处理方法：——时间序列离散36两种积分变换法反应系数法(冷负荷系数法)：任何连续曲线均可离散为脉冲波之和。将外扰分解为脉冲，分别求得脉冲外扰的室内响应，再进行叠加室内负荷。对应离散系统，拉普拉斯变换转化为Z变换谐波反应法：任何一连续可导曲线均可分解为正(余)弦波之和。把外扰分解为余弦波，分别求出每个正(余)弦波外扰的室内响应，并进行叠加。3700.20.40.60.8112345678910111213时间(时)热量比例得热负荷设备使用1小时的室内负荷响应得热：Q(t)－－输入干扰负荷：CLQ(t)－－响应反应系数法原理图示(1)3800.10.20.30.40.50.60.70.80.912345678910111213时间(时)负荷设备使用2小时的室内负荷响应反应系数法原理图示(2)3900.10.20.30.40.50.60.70.80.9113579111315171921时间(时)负荷设备使用10小时的室内负荷响应反应系数法原理图示(3)40反应系数法反应系数的大小即反应了某一项因素对某时刻负荷大小的影响程度。反应系数为0~1，相当于影响为0~100%。内外扰的处理内扰采用冷负荷系数日射冷负荷采用冷负荷系数围护结构传热采用冷负荷温度41(a)围护结构传热冷负荷基本计算式Qcl()=KF[tcl()–tin]tcl()为冷负荷温度逐时值，与围护结构类型、气象条件、朝向有关。tcl()反映了室外空气温度、阳光辐射、建筑物蓄热等因素的综