03建筑热湿环境1-130312

§1太阳辐射对建筑物的热作用§2建筑围护结构的热湿传递与得热§3以其他形式进入室内的热量和湿量§4冷负荷与热负荷§5典型负荷计算方法原理介绍第三章建筑热湿环境§0基本概念基本概念1.建筑物理因素：建筑热湿环境的形成，2.影响因素对热湿环境的影响：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：对热湿环境的评价建筑热湿环境——是建筑环境中最重要的内容基本概念•室内热湿环境的形成地面1.气温2.太阳辐射3.周围环境的辐射4.地面辐射5.内部散热散湿室外空气温度主要成因是外扰和内扰的影响和建筑本身的热工性能室内热湿环境室内设备、照明、人员等外扰内扰窗户透过辐射围护结构热湿传导室内外空气对流室外参数室外空气温湿度太阳辐射风速风向变化邻室空气温湿度对流辐射蒸发或吸湿基本概念外扰中的热传递围护结构外表面辐射围护结构内表面传导对流辐射室内空气室内空气通过缝隙渗透通过开启孔洞侵入辐射围护结构内表面及其他物体表面对流辐射室内空气室外空气对流辐射室内透射窗户室内空气基本概念外扰中的湿量内扰中的湿量蒸发室外空气传质围护结构内表面蒸发扩散室内空气室内空气通过缝隙渗透通过开启孔洞侵入蒸发室内空气内扰中的热量对流辐射室内空气吸湿围护结构外表面基本概念某时刻的得热（HeatGain，HG）：某时刻在内外扰作用下进入房间的总热量，包括显热和潜热。由于围护结构本身存在的热惯性，通过围护结构的得热量与外扰之间存在着衰减和延迟的关系基本概念得热潜热显热辐射得热对流得热1)对固态、液态或气态的物质加热，只要它的形态不变，则热量加进去后，物质的温度就升高，加进热量的多少在温度上能显示出来，即不改变物质的形态而引起其温度变化的热量称为显热。对液态的水加热，只要它还保持液态，它的温度就升高；因此，显热只影响温度的变化而不引起物质的形态的变化。2）潜热的发生总会伴随着物质相态的变化。对液态的水加热，水的温度升高，当达到沸点时，虽然热量不断的加入，但水的温度不升高，一直停留在沸点，加进的热量仅使水变成水蒸气，即由液态变为气态。显热、潜热§1太阳辐射对建筑物的热作用一、围护结构外表面所吸收的太阳辐射热不同的表面对辐射的波长有选择性，黑色表面对各种波长的辐射几乎都是全部吸收，而白色表面可以反射几乎90％的可见光。围护结构的表面越粗糙、颜色越深，吸收率就越高，反射率越低。反射吸收1.非透光围护结构§1太阳辐射对建筑物的热作用由于自身温度或热运动的原因面激发产生的电磁波传播,称热辐射。热辐射是电磁波，通常把λ＝0.1~100μm范围的电磁波称热射线，其中包括可见光线、部分紫外线和红外线。热辐射理解热辐射以电磁辐射的形式发出能量，温度越高，辐射越强。辐射的波长分布情况也随温度而变:1)如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射;2)在500℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射热辐射是远距离传热的主要方式太阳的热量就是以热辐射的形式，经过宇宙空间再传给地球的。§1太阳辐射对建筑物的热作用1)任何物体，只要温度高于0℃,就会不停地向周围空间发出热辐射当物体间有温差：高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量，因此总的结果是高温物体把能量传给低温物体。当物体间温度相同：辐射换热仍在不断进行,只是每一物体辐射出去的能量,等于吸收的能量,从而处于动平衡状态。2)不同于导热、对流换热，它可不依赖媒介而进行热量传递；3)换热过程伴随着能量形式的两次转化,即物体的部分内能转化为电磁波能发射出去,当此波能射及另一物体表面而被吸收时,电磁波能又转化为内能。特点2.半透明物体对太阳辐射的吸收、反射和透过玻璃对可见光和波长为3um以下的短波红外线来说，几乎是透明的，但却能有效的阻止长波红外线辐射。§1太阳辐射对建筑物的热作用0.8可见光近红外线长波红外线普通玻璃的光谱透射率几乎是透明的有效阻隔温室效应？将具有低发射率、高红外反射率的金属（铝、铜、银、锡等），使用真空沉积技术，在玻璃表面沉积一层极薄的金属涂层，这样就制成了Low-e(Low-emissivity)玻璃。对太阳辐射有高透和低透不同性能。低透low-e玻璃§1太阳辐射对建筑物的热作用§1太阳辐射对建筑物的热作用(1-r)ao1r(1-r)A(1-r)(1-ao)(1-r)(1-ao)r(1-r)2(1-ao)(1-r)(1-ao)2r(1-r)2(1-ao)2rBC(1-r)(1-ao)4r3(1-r)2(1-ao)4r3(1-ao)4(1-r)r4(1-r)(1-ao)3r3ao(1-r)(1-ao)2r2(1-r)(1-ao)3r2(1-r)2(1-ao)3r2(1-r)(1-ao)3r3DE(1-r)(1-ao)2r2ao(1-r)(1-ao)rao玻璃的吸收百分比a0:单层玻璃窗入射反射率单程通过的吸收率阳光照射到半透明薄层时，半透明薄层对太阳辐射的总反射率、吸收率和透过率是阳光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。半透明薄层的总吸收率为：0000011111rrrrnnn半透明薄层的总反射率为：020222020222011111111nnnrrrrrrr§1太阳辐射对建筑物的热作用半透明薄层的总透过率为：202200202201111111rrrrnnngalss两层半透明薄层的总透过率为：2121021211nngalss两层半透明薄层的总反射率为：21221102122111nn§1太阳辐射对建筑物的热作用第一、二层半透明薄层的总吸收率分别为：212121c21211c1-11空气-半透明薄层界面的反射百分比r与射线的入射角和波长有关，其关系式为：122122122122sinsin21iitgiitgiiiiIIr其中i1和i2分别为入射角和折射角。入射角和折射角的关系取决于两种介质的性质，即与两种介质的折射指数n有关，其关系式为：2112sinsinnnii空气的平均折射指数n=1.0；在太阳光谱范围内，玻璃的平均折射指数n=1.526。§1太阳辐射对建筑物的热作用半透明薄层对太阳辐射的吸收现象与大气层对太阳光辐射的吸收规律相同，即不同波长的辐射按指数关系衰减：In=I0exp(-KL)辐射强度被吸收的百分比为：式中：L—射线在半透明薄层中的行程，与入射角和折射指数有关；Kλ—消光系数，与半透明薄层的材料物性及射线的波长有关kLIIIIInnexp110000§1太阳辐射对建筑物的热作用K0对应其波长的材料的消光系数射线在半透明薄层中的行程L取决于：射线单程通过半透明薄层的吸收百分比可近似认为玻璃对长波辐射不透明；半透明薄层的吸收率、反射率和透过率都随入射角改变。§1太阳辐射对建筑物的热作用太阳直射辐射大气长波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壁体得热：对流换热量太阳辐射热量长波辐射热量LwairoutQaIttq)(二室外空气综合温度壁体得热：对流换热量太阳辐射热量长波辐射热量LwairoutQaIttq)(]//)[(outLoutwairoutQaIttq室外综合温度的得出考虑了太阳辐射的作用对表面换热量的增强，相当于在室外气温上增加了一个太阳辐射的等效温度值。是为了计算方便推出的一个当量的室外温度。建筑物外表面单位面积上得到的热量为：tz——室外空气综合温度§1太阳辐射对建筑物的热作用§1太阳辐射对建筑物的热作用60℃！35℃！北京地区某建筑屋顶吸收系数为0.9，东墙为0.75，试计算11时作用于屋顶和东墙的室外综合温度。（北京tw,11=30.9℃，水平面太阳辐射强度919W/m2，东墙为365W/m2，＝18.6W/m2.℃）。out室外空气综合温度tz的表达式：在一般空调负荷计算中不考虑围护结构外表面与天空和周围物体之间的长波辐射，则：§1太阳辐射对建筑物的热作用tz与有效天空温度Tsky室外空气温度tair相同吗？tz：综合表达了室外空气温度、太阳辐射、围护结构外表面与天空和周围物体之间的长波辐射的一个综合热作用，是考虑了室外空气和太阳短波辐射的加热作用、及围护结构外表面的有效长波辐射的自然散热作用，将三者对外围护结构的共同作用综合成一个单一的室外气象参数。Tsky：是天空有效辐射温度（因大气吸收太阳辐射和地面长波辐射而具有一定温度，会向地面发出长波辐射），该值与天空气象条件有关。§1太阳辐射对建筑物的热作用tair：距地面1.5m高、背阴处的空气温度。气温对任何朝向的外墙和屋顶的影响是相同的，但太阳辐射热的影响不同，加上外表面材料和颜色及室外风速的差异，则各朝向的室外空气综合温度就不同了。平屋顶tz最大，其次是西墙，炎热地区须重视屋顶和东西墙的隔热。§1太阳辐射对建筑物的热作用计算白天的室外空气综合温度时可忽略长波辐射；夜间由于没有太阳辐射，不可忽略建筑物的长波辐射；对于垂直表面近似取Qlw=0；对于水平面，取Qlw/αout=3.5～4.0℃。结构外表面采用浅色平滑的粉刷和饰面材料，以减少太阳辐射热的吸收；屋顶或墙面外侧设置遮阳设施；结构外表面采用对太阳短波辐射吸收率小而长波发射率大材料。§1太阳辐射对建筑物的热作用建筑中的应用降低tz的办法：三、夜间辐射（有效辐射、长波辐射Qlw、天空辐射）