第3章2013-建筑热湿环境1

1、建筑环境学 Built Environment 建筑环境学 Built Environment 第第3 3 章建筑热湿环境章建筑热湿环境 建筑环境学 Built Environment 建筑热湿环境是如何形成的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 建筑环境学 Built Environment 基本概念 对流换热对流换热 (对流质交换对流质交换) 辐射辐射 导热导热 (水蒸汽渗透水蒸汽渗透) 围护结构的热作用过程：围护结构的热作用过程：无论是通过围

2、护无论是通过围护 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）、导热式包括对流换热（对流质交换）、导热（水蒸（水蒸 汽渗透）和辐射三种形式。汽渗透）和辐射三种形式。 建筑环境学 Built Environment 基本概念 得热(Heat Gain 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。 建筑环境学 Built Environment 3.1 太阳辐射 对建筑物的热作

3、用 3.1.1 3.1.1 围护结构外表面所吸收的太阳辐射热 建筑环境学 Built Environment 非透 光围 护结 构外 表面 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。(表3-1) 建筑环境学 Built Environment 太阳辐射在玻璃中传递过程 玻璃对辐射的选择性 0.8 可见光可见光近红外线近红外线长波红外线长波红外线 普通玻璃的光谱透过率普通玻璃的光谱透过率 建筑环境学 Built Environment 太阳

4、辐射在玻璃中传递过程 阳光照射到单层半 透明薄层时，半透光薄 层对于太阳辐射的总反 射率、吸收率和透过率 是阳光在半透光薄层内 进行反射、吸收和透过 的无穷次反复之后的无 穷多项之和。 建筑环境学 Built Environment 太阳辐射在玻璃中传递过程 (1-r) ao 1 r (1-r) A (1-r) (1-ao) (1-r)(1-ao) r (1-r) 2 (1-ao) (1-r)(1-ao) 2 r (1-r) 2 (1-ao) 2 r B C (1-r)(1-ao) 4 r 3 (1-r) 2 (1-ao) 4 r 3 (1-ao) 4 (1-r) r 4 (1-r)(1-ao

5、) 3 r 3 a o (1-r)(1-ao) 2 r 2 (1-r)(1-ao) 3 r 2 (1-r) 2 (1-ao) 3 r 2 (1-r)(1-ao) 3 r 3 D E (1-r)(1-ao) 2 r 2 a o (1-r)(1-ao) r ao )1 (1/()1 ( 00 arraa)exp(1 0 KLa 建筑环境学 Built Environment 太阳辐射在玻璃中传递过程 阳光照射到双 层半透光薄层时， 还要考虑两层半透 光薄层之间的无穷 次反射，以及再对 反射辐射的透过。 建筑环境学 Built Environment 太阳辐射在玻璃中传递过程 将具有低发射率、 高红

6、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。 建筑环境学 Built Environment 3.1 太阳辐射 对建筑物的热作用 3.1.23.1.2室外空气综合温度室外空气综合温度 建筑环境学 Built Environment 室外参数与状态点的确定方法 夏季夏季空调空调室外空气计算干球温度室外空气计算干球温度 夏季夏季通风通风室外空气计算干球温度室外空气计算干球温度 夏季空调室外空气计算湿球温度夏季空调室外空气计算湿球温度 夏季通风室

7、外空气计算相对湿度夏季通风室外空气计算相对湿度 冬季冬季空调空调室外空气计算干球温度室外空气计算干球温度 冬季冬季通风通风室外空气计算干球温度室外空气计算干球温度 冬季冬季采暖采暖室外空气计算干球温度室外空气计算干球温度 冬季空调室外空气计算相对湿度冬季空调室外空气计算相对湿度 建筑环境学 Built Environment 室内参数与状态点的确定方法 夏季室内空气计算干球温度夏季室内空气计算干球温度 夏季室内空气计算相对湿度夏季室内空气计算相对湿度 冬季室内空气计算干球温度冬季室内空气计算干球温度 冬季室内空气计算相对湿度冬季室内空气计算相对湿度 建筑环境学 Built Environmen

8、t 室外空气综合温度 建筑环境学 Built Environment 室外空气 综合温度 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。 Lwairout QaIttq)( 建筑环境学 Built Environment 室外空气室外空气 综合温度综合温度 考虑围护结构外表面与天空和周围物体之间的长波辐射： 忽略围护结构外表面与天空和周围物体之间的长波辐射： out L out airz QaI tt out airz aI tt 建筑环境学 Built Environment 3.1 3.1 太阳辐射太

9、阳辐射 对建筑物的热作用对建筑物的热作用 3.1.33.1.3天空辐射（夜间辐射）天空辐射（夜间辐射） 建筑环境学 Built Environment 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： 白天有天空辐射吗？ )( 444 gggskyskywggskywL TxTxTxxQ 夜间辐射夜间辐射 建筑环境学 Built Environment 3.2建筑围护结构的热湿传递 建筑环境学 Built Environment 通过围护结构的显热得热 建筑环境学 Built

10、Environment 3.2.13.2.1通过非透光围护结构的显热传递通过非透光围护结构的显热传递 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。 建筑环境学 Built Environment 3.2.13.2.1通过非透光围护结构的显热传递通过非透光围护结构的显热传递 非均质板壁的一维不稳定导热过程： 边界条件： 初始条件: t (x,0 ) = f (x) 其中内表面长波辐射： x t x xa x t xa t )( )( 2 2 0, |)(), 0()( xLsolaroutaout

11、 x t xQQtt xshlinain x t xQQtt|)()(),( , )()( 44 1 j m j jjl TTxQ x=0 x= Qenv 建筑环境学 Built Environment 3.2.1 3.2.1 通过非透光围护结构的显热传递通过非透光围护结构的显热传递 利用室外空气综合温度简化外边界条件： 0 |)(), 0()( xzout x t xtt 0 |)(), 0()( xLsolaroutout x t xQQtt )(),()(),( 1 44 1 jrj m j j m j jj TTaTTx 内表面长波辐射线性化： shjrj m j inainl Qtt

12、attQ )(),()(),( 1 , 通过非透光围护结构的显热传递： 建筑环境学 Built Environment 3.2.13.2.1通过非透光围护结构的显热传递通过非透光围护结构的显热传递 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 得热可求 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 xl x t xQ|)( xshlinain x t xQQtt|)()(),( , 建筑环境学 Built Environment 3.2.13.2.1通过非透光围护结构的显热传递通过非透光围护结构的显热传递 板

13、壁 各层 温度 随室 外温 度的 变化 建筑环境学 Built Environment 3.2.13.2.1通过非透光围护结构的显热传递通过非透光围护结构的显热传递 建筑环境学 Built Environment3.2.2 3.2.2 通过透明围护结构的得热通过透明围护结构的得热 1、通过玻璃的温差传热 )()( inoutglassglasscond ttFKQ 建筑环境学 Built Environment3.2.2 3.2.2 通过透明围护结构的得热通过透明围护结构的得热 2、通过玻璃窗的日射得热 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

14、、外两侧散热 总得热：HGsolarHGglass, + HGglass,a =SSGDi + SSGdif difglassdifDiglassDiglass IIHG , )( ,difdifDiDi inout out aglass aIaI RR R HG 建筑环境学 Built Environment3.2.2 3.2.2 通过透明围护结构的得热通过透明围护结构的得热 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:(表3-3,3-4) windowglassnsdifsDisolar FXCCSSGXSSGHG)( 建筑环境学 Built Env

15、ironment玻璃窗的种类与热工性能 窗框型材有木框、铝合金 框、铝木框、铝塑框、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。 建筑环境学 Built Environment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。 今后严寒地区要逐步

16、使用三层玻璃窗。 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。 建筑环境学 Built Environment 玻璃窗的种类 与热工性能 不同结构的窗有着 不同的热工性能 U即传热系数K 气体夹层和玻璃本 身均有热容，但较 墙体小。 建筑环境学 Built Environment 外遮阳和内遮阳有何区别? 对流对流 透过透过 反射反射 反射反射 对流对流 透过透过 建筑环境学 Built Environment 遮阳方式 现有遮阳方式 内遮阳：普通窗帘、百页窗帘 外遮阳：挑檐、可调控百页、遮阳蓬 窗玻璃间遮阳：夹在双层玻璃间的百页窗帘，百 页可调控 我国目前常见遮阳方式 内遮阳：窗帘 外遮阳：屋檐、遮雨檐、遮阳蓬 建筑环境学 Built Environment 通风双 层玻璃 窗，内 置百页 建筑环境学 Built Environment 双向通风窗 建筑环境学 Built Environment 3.2.3 3.2.3 通过围护结构的湿传递 湿传递的动力是水蒸气分压力的差。墙体中水 蒸气的传递过程与墙体中的热传递过程类似： w = Kv (Pout - Pin) （kg /（s m2） 水蒸汽渗透系数，kg/(N s) 或 s/m： outavi