第三章-建筑环境学热湿环境

第四章建筑热湿环境建筑热湿环境是如何形成的?是建筑环境中最重要的内容!主要成因是外扰和内扰的影响和建筑本身的热工性能.外扰：室外气候参数，邻室的空气温湿度内扰：室内设备、照明、人员等室内热湿源第四章建筑热湿环境基本概念围护结构的热作用过程：无论是通过围护结构的传热传湿还是室内产热产湿，其作用形式包括对流换热（对流质交换）、导热（水蒸汽渗透）和辐射三种形式。对流换热(对流质交换)围护结构传热传湿室内产热产湿辐射导热(水蒸汽渗透)得热(HeatGainHG)：某时刻在内外扰作用下进入房间的总热量叫做该时刻的得热。如果得热0，意味着房间失去热量。围护结构热过程特点：由于围护结构热惯性的存在，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。得热潜热显热辐射得热对流得热第四章建筑热湿环境基本概念第一节太阳辐射对建筑物的热作用4.1太阳辐射对建筑物的热作用4.1.1围护结构外表面所吸收的太阳辐射辐射热是热量Q投射到物体表面上时：全透明体：白体：黑体：QQQaQaQQQQ11=1a1射线在不同介质分界面上的反射百分比（r）其中：，n为折射指数。II2i1i222121222121sin()(()1[]2sin()()IiitgiirIiitgii2112sinsininin4.1太阳辐射对建筑物的热作用4.1.2半透明物体对太阳光辐射的吸收反射和透过2射线通过薄层的吸收百分比辐射强度被吸收的百分比（某一波长的射线单程通过半透明薄层的吸收百分比）dIKIdxL0exp()IIKL1exp()KL0I=1-I4.1太阳辐射对建筑物的热作用4.1.2半透明物体对太阳光辐射的吸收反射和透过3太阳辐射在玻璃中传递过程玻璃对辐射的选择性0.8可见光近红外线长波红外线4.1太阳辐射对建筑物的热作用4.1.2半透明物体对太阳光辐射的吸收反射和透过普通玻璃的光谱透过率将具有低发射率、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4.1太阳辐射对建筑物的热作用4.1.2半透明物体对太阳光辐射的吸收反射和透过3太阳辐射在玻璃中传递过程(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:)exp(10KLa4.1太阳辐射对建筑物的热作用4.1.2半透明物体对太阳光辐射的吸收反射和透过阳光照射到单层半透明薄层时，半透明薄层对于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。4.1太阳辐射对建筑物的热作用4.1.2半透明物体对太阳光辐射的吸收反射和透过阳光照射到双层半透明薄层时，还要考虑两层半透明薄层之间的无穷次反射，以及再对反射辐射的透过。假定两层材料的吸收百分比和反射百分比完全相同，两层的吸收率相同吗？4.1太阳辐射对建筑物的热作用4.1.2半透明物体对太阳光辐射的吸收反射和透过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4.1太阳辐射对建筑物的热作用4.1.3室外空气综合温度1建筑物外表面单位面积上的得热量()outairwLLoutairwoutzwoutoutqttaIQQaItttt4.1太阳辐射对建筑物的热作用4.1.3室外空气综合温度60℃！35℃！2室外空气综合温度Solar－airTemperature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。如果考虑围护结构外表面与天空和周围物体之间的长波辐射：如果忽略围护结构外表面与天空和周围物体之间的长波辐射：outLoutairzQaIttoutairzaItt人们常说的太阳下的“体感温度”是什么？室外空气综合温度与什么因素有关？高反射率镜面外墙和红砖外墙的室外空气综合温度是否相同？请试算一下盛夏太阳下的室外空气综合温度比空气温度高多少？4.1太阳辐射对建筑物的热作用4.1.3室外空气综合温度2室外空气综合温度Solar－airTemperature3天空辐射（夜间辐射）围护结构外表面与环境的长波辐射换热QL包括大气长波辐射以及来自地面和周围建筑和其他物体外表面的长波辐射。如果仅考虑对天空的大气长波辐射和对地面的长波辐射，则有：])[(444gggskyskywggskywLTxTxTxxQ4444[()()]LwskywskyggwgQxTTxTT4.1太阳辐射对建筑物的热作用4.1.3室外空气综合温度经验值：垂直壁面：QL=0水平屋面：QL/aout=3.5-4.0℃注意：夏季不考虑夜间辐射冬季必须考虑夜间辐射白天有天空辐射吗？试算一个夜间的室外空气综合温度是多少？4.1太阳辐射对建筑物的热作用4.1.3室外空气综合温度3天空辐射（夜间辐射）第二节建筑围护结构的热湿传递与得热通过围护结构的显热得热通过非透明围护结构的热传导通过玻璃窗的得热外表面对流换热外表面日射通过墙体导热两种方式机理不同3.2建筑围护结构的热湿传递与得热3.2.1通过围护结构的显热得热由于热惯性存在，通过围护结构的传热量和温度的波动幅度与外扰波动幅度之间存在衰减和延迟的关系。衰减和滞后的程度取决于围护结构的蓄热能力。3.2建筑围护结构的热湿传递与得热3.2.1通过围护结构的显热得热均质板壁的一维不稳定导热过程非均质板壁的一维不稳定导热过程xtxxaxtxat)()(22ttcxxttxcx3.2建筑围护结构的热湿传递与得热3.2.2通过非透明围护结构的热传导非均质板壁的一维不稳定导热过程：边界条件：（由傅里叶定律的表达式）围护结构外侧围护结构内侧初始条件t(x,0)=f(x)其中内表面长波辐射：xtxxaxtxat)()(220|)()],0()([xLsolaroutoutxtxQQttxshlininxtxQQtt|)()](),([)]()([441jimjijijlTTxQ3.2建筑围护结构的热湿传递与得热3.2.2通过非透明围护结构的热传导x=0x=Qenv利用室外空气综合温度简化外边界条件：实际由内表面传入室内的热量为：这部分热量将以对流换热和长波辐射的形式向室内传播。只有对流换热部分直接进入空气。0|)()],0()([xzoutxtxttxenvxtxQ|)(3.2建筑围护结构的热湿传递与得热3.2.2通过非透明围护结构的热传导板壁各层温度随室外温度的变化3.2建筑围护结构的热湿传递与得热3.2.2通过非透明围护结构的热传导板壁内表面温度同时受室内气温、室内辐射热源和其它表面的温度影响气象和室内气温对板壁传热量的影响比较确定，容易求得内表面辐射对传热量的影响较复杂，涉及角系数和各表面温度xenvxtxQ|)(3.2建筑围护结构的热湿传递与得热3.2.2通过非透明围护结构的热传导内表面辐射如何影响板壁的传热？Qin’=Qconv+Ql尽管Qin增加了，但Qout和Qcond却是减少的。Tout,airQoutQcondQin=QconvTin,air3.2建筑围护结构的热湿传递与得热3.2.2通过非透明围护结构的热传导将内边界条件的长波辐射线性化则可利用线性叠加原理将气象与室内气温的影响与其它部分分离出来，称作：“通过围护结构的得热”HGt=t1+t21[(,)()][(,)]()|mininjshxjtttttQxx气象与室温决定部分辐射造成的增量3.2建筑围护结构的热湿传递与得热3.2.2通过非透明围护结构的热传导4-15式分解为4-16为4-17为12200[()(0,)(0,)]()|()|outoutsolarLxxtttttQQxxxx2211212222()()()()ttttttaxaxaxaxxxxxxx1212[(,)(,)()]()|()|ininlshxxtttttQQxxxx1212121[(,)(,)()],,()|()|mininjshxxjttttttttQxxxx3.2建筑围护结构的热湿传递与得热3.2.2通过非透明围护结构的热传导通过非透明围护结构的得热内表面辐射导致的传热量差值将内边界条件线性化，则可利用线性叠加原理将气象与室内气温的影响与其它部分分离出来，称作：“通过围护结构的得热”HGQin’(即前面的Qenv)和Qin(即HG)的差值即内表面辐射导致的传热量差值:mjshjrinwenvwQttttHGQQ1212]),(),([),()(1[(,)()]wininHGtt3.2建筑围护结构的热湿传递与得热3.2.2通过非透明围护结构的热传导玻璃窗的种类与热工性能窗框型材有木框、铝合金框、铝合金断热框、塑钢框、断热塑钢框等；玻璃层间可充空气、氮、氩、氪等或有真空夹层；玻璃层数有单玻、双玻、三玻等，玻璃类别有普通透明玻璃、有色玻璃、低辐射(Low-e)玻璃等；玻璃表面可以有各种辐射阻隔性能的镀膜，如反射膜、low-e膜、有色遮光膜等，或在两层玻璃之间的空间中架一层对近红外线高反射率的热镜膜。3.2建筑围护结构的热湿传递与得热3.2.3通过透明围护结构的热传导玻璃窗的种类与热工性能我国民用建筑最常见的是铝合金框或塑钢框配单层或双层普通透明玻璃，双层玻璃间为空气夹层，北方地区很多建筑装有两层单玻窗。商用建筑有采用有色玻璃或反射镀膜玻璃。发达国家寒冷地区的住宅则多装有充惰性气体的双玻窗商用建筑多采用高绝热性能的low-e玻璃窗。3.2建筑围护结构的热湿传递与得热3.2.3通过透明围护结构的得热不同结构的窗有着不同的热工性能U即传热系数Kglass气体夹层和玻璃本身均有热容，但较墙体小。玻璃窗的种类与热工性能通过玻璃板壁的传热透过玻璃的日射得热通过玻璃窗的得热通过透光围护的得热)(,,,inaoutawindwindcondwindttFKHG得热与玻璃窗的种类及其热工性能有重要的关系。3.2建筑围护结构的热湿传递与得热3.2.3通过透明围护结构的得热透过单位面积玻璃的太阳辐射得热：玻璃吸收太阳辐射造成的房间得热：注意：玻璃吸热后会向内、外两侧散热总得热：HGsolar＝HGglass,+HGglass,adifglassdifDiglassDiglassIIHG,,,)(,difdifDiDiinoutoutaglassaIaIRRRHG3.2建筑围护结构的热湿传递与得热3.2.3通过透明围护结构的得热标准太阳得热——以某种类型和厚度的玻璃作为标准透光材料，取其中无遮阳条年下的太阳得热量,,,,SSG=()outDiglassDidifglassdifDi