热湿环境课件

1、热湿环境1第第3 3章章 建筑热湿环境建筑热湿环境-2-2热湿环境2内容提要内容提要n 围护结构的热工特性与通过围护结构的得热围护结构的热工特性与通过围护结构的得热 通过非透光围护结构的传热过程通过非透光围护结构的传热过程 通过透光围护结构的传热过程通过透光围护结构的传热过程n 其他得热来源其他得热来源n 冷负荷与热负荷冷负荷与热负荷 基本原理，与得热之间的关系基本原理，与得热之间的关系 负荷的计算方法负荷的计算方法2 建筑围护结构的热湿传递与得热建筑围护结构的热湿传递与得热热湿环境3第二节第二节 通过围护结构的显热通过围护结构的显热 得热得热热湿环境4通过非透光围护结构的显热得热通过非透光围

2、护结构的显热得热热湿环境5n由于热惯性存在，通过围护结构的传热量和温度的波动由于热惯性存在，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。和滞后的程度取决于围护结构的蓄热能力。热湿环境6n1）主要分析对象：）主要分析对象：n外扰通过外扰通过围护结构围护结构对对围围护结构温度分布护结构温度分布的影响；的影响；n进而得出围护结构内表进而得出围护结构内表面传到面传到室内空气室内空气的热量。的热量。 当同一空间的各内表面之间温差不大的情况下，室内各当同一空间的各内表面之间温差不大的情

3、况下，室内各表面之间的长波辐射可忽略；表面之间的长波辐射可忽略； 存在较大温差时室内各表面之间的长波辐射不可忽略存在较大温差时室内各表面之间的长波辐射不可忽略;内内表面温度是导热、对流、辐射和蓄热综合作用的结果。表面温度是导热、对流、辐射和蓄热综合作用的结果。热湿环境73.3.通过非透光围护结构实际传入室内通过非透光围护结构实际传入室内的热量的热量n 非均质板壁的一维不稳定导热过程：n 边界条件： t (x,0 ) = f (x)xtxxaxtxat )()(22 0,|)(), 0()( xoutlwsoloutaoutxtxQQtt xshwjimjijijinainxtxQTTxtt|)

4、()()()(),(441,), 0(tx),(t该式描述了围护结构内表面传到室内空气的热量该式描述了围护结构内表面传到室内空气的热量热湿环境8x=0 x= Qenv4.通过非透光围护结构热传导的求解通过非透光围护结构热传导的求解n 利用室外空气综合温度简化外边利用室外空气综合温度简化外边界条件：界条件：n 实际通过实际通过围护结构传入室内围护结构传入室内的热的热量为：量为： 0|)(), 0()( xzoutxtxtt xcondwallxtxQ|)(,0,|)(), 0()( xoutlwsoloutaoutxtxQQtt 热湿环境9)(),()(),(1,jmjjrinaincondwa

5、llttttQshwQ热湿环境10通过非透明围护结构的得热通过非透明围护结构的得热: mjinajinainlwwallconvwallwallttttHGHGHG1,n1）气象和室内气温对板壁传热量的影响比较确定，容易）气象和室内气温对板壁传热量的影响比较确定，容易求得求得n 2）内表面辐射对传热量的影响较复杂，涉及角系数和各）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表面温度热湿环境11通过透光围护结构的传热过程热湿环境121.通过透光围护结构的传热量通过透光围护结构的传热量)(,windwind,inaoutacondwindttFKHG 热交换形式：导热热交换形式：导热因玻

6、璃薄，导热系数大，惰性小，传热近似按稳态传热计算因玻璃薄，导热系数大，惰性小，传热近似按稳态传热计算热湿环境13玻璃窗的种类与热工性能玻璃窗的种类与热工性能n窗框型材有木框、铝合金框、铝窗框型材有木框、铝合金框、铝合金断热框、塑钢框、断热塑钢合金断热框、塑钢框、断热塑钢框等框等n玻璃层数有单玻、双玻、三玻等玻璃层数有单玻、双玻、三玻等n玻璃层间可充空气、氮、氩、氪玻璃层间可充空气、氮、氩、氪等或有真空夹层等或有真空夹层n玻璃类别有普通透明玻璃、有色玻璃类别有普通透明玻璃、有色玻璃、低辐射玻璃、低辐射(Low-e)(Low-e)玻璃等玻璃等n玻璃表面可以有各种辐射阻隔性玻璃表面可以有各种辐射阻隔

7、性能的镀膜，如反射膜、能的镀膜，如反射膜、low-elow-e膜、膜、有色遮光膜等，或在两层玻璃之有色遮光膜等，或在两层玻璃之间的空间中架一层对近红外线高间的空间中架一层对近红外线高反射率的热镜膜。反射率的热镜膜。热湿环境14n 我国我国 民用建筑：民用建筑： 常用：铝合金框或塑钢框配单层或双层普通透明常用：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玻璃，双层玻璃间为空气夹层 北方地区：多装有两层单玻窗。北方地区：多装有两层单玻窗。 商用建筑：采用有色玻璃或反射镀膜玻璃。商用建筑：采用有色玻璃或反射镀膜玻璃。n 发达国家发达国家 寒冷地区的住宅：多装有充惰性气体的双玻窗寒冷

8、地区的住宅：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商用建筑：多采用高绝热性能的low-e玻璃窗。玻璃窗。热湿环境15玻璃窗的种类与热工性能玻璃窗的种类与热工性能n 不同结构的窗有着不同结构的窗有着不同的热工性能不同的热工性能n U U即传热系数即传热系数K Kglassglassn 气体夹层和玻璃本气体夹层和玻璃本身均有热容，但较墙身均有热容，但较墙体小。体小。热湿环境162.通过透光围护结构的太阳辐射得热通过透光围护结构的太阳辐射得热照到窗玻璃照到窗玻璃表面的阳光表面的阳光 一部分被反射，不成为房间得热一部分被反射，不成为房间得热 一部分透过玻璃进入室内，成为房间得热一部分透

9、过玻璃进入室内，成为房间得热 一部分被玻璃吸收，使玻璃温度升高一部分被玻璃吸收，使玻璃温度升高 其中一部分以对流和辐射的形式其中一部分以对流和辐射的形式传入室内，传入室内，成为房间得热成为房间得热一部分也以对流和辐射的形式但一部分也以对流和辐射的形式但散到室外，散到室外，不成为房间得热不成为房间得热热湿环境17n 1)透过单位面积玻璃的太阳辐射得热：透过单位面积玻璃的太阳辐射得热：n 2)2)玻璃吸收太阳辐射造成的房间得热：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、外两侧散热原理：玻璃吸热后会向内、外两侧散热 成立的条件成立的条件: :内外两侧玻璃表面与空气温差相等内外两侧玻璃

10、表面与空气温差相等n 总得热：总得热：HGHGwind, solwind, solHGHGglass,glass, + HG + HGglass,aglass,adifglassdifDiglassDiglassIIHG, )(,difdifDiDiinoutoutaglassaIaIRRRHG SSGnSSGSSGSSGSSGDiDi + + SSGSSGdidif f热湿环境183)标准太阳得热量标准太阳得热量SSG（Standard Solar heat Gain）：）： 以某种类型和厚度的玻璃作为以某种类型和厚度的玻璃作为标准透光材料标准透光材料，其在无遮，其在无遮挡条件下的太阳得热量

11、。挡条件下的太阳得热量。入射角为入射角为i时的标准玻璃的太阳得热量计算时的标准玻璃的太阳得热量计算式： 式中 g标准太阳得热率。热湿环境194）修正遮阳的影响）修正遮阳的影响n 现有遮阳方式现有遮阳方式 内遮阳：普通窗帘、百页窗帘内遮阳：普通窗帘、百页窗帘 外遮阳：挑檐、可调控百页、遮阳蓬外遮阳：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窗玻璃间遮阳：夹在双层玻璃间的百页窗帘，百页可调控帘，百页可调控n 我国目前常见遮阳方式我国目前常见遮阳方式 内遮阳：窗帘内遮阳：窗帘 外遮阳：屋檐、遮雨檐、遮阳蓬外遮阳：屋檐、遮雨檐、遮阳蓬热湿环境20外遮阳热湿环境21外遮阳和内遮阳有何

12、区别外遮阳和内遮阳有何区别? ?反射反射对流对流透过透过对流对流透过透过反射反射热湿环境22通过透光围护结构的太阳辐射得热通过透光围护结构的太阳辐射得热n 可利用对标准玻璃的得热可利用对标准玻璃的得热 SSGSSGDi Di 和和 SSGSSGdifdif 进行修正来获得简化计算结果：进行修正来获得简化计算结果：windwindnsdifsDisolwindFXCCSSGXSSGHG)(, 热湿环境23n通过透光外围护结构的得热量通过透光通过透光外围护结构的得热量通过透光外围护结构的传热得热量通过透光外围外围护结构的传热得热量通过透光外围护结构的太阳辐射得热量：护结构的太阳辐射得热量： win

13、dglassnsdifsDiinoutawindsolwindcondwindwindFXCCSSGXSSGttKHGHGHG)()()()()()()(, 热湿环境24第三节第三节 通过围护结构的湿传递通过围护结构的湿传递热湿环境25通过围护结构的湿传递通过围护结构的湿传递n 湿传递的动力是水蒸气分压力的差。墙体中水蒸气的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相类似：传递过程与墙体中的热传递过程相类似：nw w = = Kv Kv ( (P Poutout - P - Pinin) ) kg/skg/s mm2 2一般情况：忽略透过围护结构的水蒸气；一般情

14、况：忽略透过围护结构的水蒸气；恒温恒湿或低温环境：考虑通过围护结构的水蒸气渗透恒温恒湿或低温环境：考虑通过围护结构的水蒸气渗透湿传递：当围护结构两侧空气的水蒸气分压力不相等时，湿传递：当围护结构两侧空气的水蒸气分压力不相等时，水蒸气将从分压力的高侧向低侧转移。水蒸气将从分压力的高侧向低侧转移。式中 Kv水蒸汽渗透系数，kg/（Ns）或s/m； PoutPin 围护结构两侧水蒸汽的分压力差，Pa。热湿环境26围护结构内部水蒸气凝结或冻结现象围护结构内部水蒸气凝结或冻结现象当当围护结构内任一断面上的围护结构内任一断面上的水蒸气分压力水蒸气分压力该断面温度所该断面温度所对应的对应的饱和水蒸气分压力饱

15、和水蒸气分压力，在此断面会有水蒸气凝结；，在此断面会有水蒸气凝结；当该断面温度零度，出现冻结现象。当该断面温度零度，出现冻结现象。后果后果导致围护结构传热系数增大；导致围护结构传热系数增大；加大围护结构传热量；加大围护结构传热量；加速围护结构的损坏。加速围护结构的损坏。预防措施预防措施围护结构尽量采用外保温层；围护结构尽量采用外保温层；内保温时应设置隔汽层。内保温时应设置隔汽层。实际水蒸汽分压力实际水蒸汽分压力饱和水蒸汽分压力饱和水蒸汽分压力温度温度热湿环境27饱和水蒸汽分压力饱和水蒸汽分压力温度温度实际水蒸汽分压力实际水蒸汽分压力围护结构尽量采用外保温层围护结构尽量采用外保温层；内保温时应设

16、置隔汽层内保温时应设置隔汽层热湿环境28一、室内产热产湿量一、室内产热产湿量室内热湿源人体人体设备设备照明设施照明设施显热显热潜热潜热显热显热潜热潜热显热显热皮肤呼吸出汗3 以其他形式进入室内的热量和湿量以其他形式进入室内的热量和湿量热湿环境29n 室内显热热源包括照明、电器设备、人员室内显热热源包括照明、电器设备、人员 显热热源散热的形式 辐射：进入墙体内表面、空调辐射板、透过玻璃窗到室外、其它室内物体表面（家具、人体等）； 对流：直接进入空气。 显热热源辐射散热的波长特征 可见光和近红外线：灯具、高温热源（电炉等） 长波辐射：人体、常温设备 热湿环境30 （a）孔口出流：流速较高，流动处于

17、阻力平方区：阻力平方区：21P气体流动阻力： 22vZP P=RL+Z Pa二、空气渗透带来的得热二、空气渗透带来的得热 （b）渗流：流速缓慢，流道断面细小而复杂，流动处于层流区层流区：P热湿环境31hm3 （c）门窗缝隙的空气渗透：介于孔口出流和渗流之间5 . 11P通过门窗缝隙的空气渗透量的计算： 5 . 115 . 11PFPlavFLdcracka式中Fd当量孔口面积，Fd=al，m3/（hPa1/1.5）； a实验系数，取决于门窗气密性； l门窗缝隙长度，m； Fcrack门窗缝隙面积，m2。 热湿环境32由于空气渗透带来的得热：由于空气渗透带来的得热：inoutaailhhLHGi

18、nf式中 hout室外空气的比焓； hin 室内空气的比焓； 空气密度。由渗透空气带来的显热得热：通过室内外的空由渗透空气带来的显热得热：通过室内外的空气温差求得气温差求得由渗透空气带来的湿量：通过室内外的空气含由渗透空气带来的湿量：通过室内外的空气含湿量差求得湿量差求得a热湿环境334 冷负荷与热负荷冷负荷与热负荷Cooling load & Heating load热湿环境34按性质不同分 显热负荷 潜热负荷（需要控制相对湿度时） 一、负荷的定义一、负荷的定义1. 得热量得热量某时刻时刻通过各种途径进入房间的总热量2.热负荷热负荷为维持一定室内热湿环境所需要的单位时间内向室内加入的热量内向

19、室内加入的热量3.冷负荷冷负荷显热负荷潜热负荷（即湿负荷）为维持一定室内热湿环境所需要的单位时间内从室内除去的热量从室内除去的热量显热得热潜热得热（单位时间内需排除的水分） 瞬时冷负荷滞后冷负荷热湿环境35瞬时冷负荷辐射辐射围护结构及家具得热二、负荷与得热的关系二、负荷与得热的关系1.得热与瞬时冷负荷的关系得热与瞬时冷负荷的关系对流对流室内空气(延迟延迟)显热显热得热得热潜热潜热得热得热直接直接进入空气，进入空气，成为瞬时冷负荷成为瞬时冷负荷。为了维持一定的室内热湿环境而需为了维持一定的室内热湿环境而需要瞬时除去的热量。要瞬时除去的热量。冷负荷冷负荷= =得热得热冷负荷冷负荷= =得热得热辐射

20、得热部分先传到各内表面，辐射得热部分先传到各内表面，再以对流形式进入空气再以对流形式进入空气负荷负荷与得与得热在热在时间时间上存上存在延在延迟迟冷负荷与得热有关，但并不等于得热冷负荷与得热有关，但并不等于得热滞后冷负荷滞后冷负荷热湿环境36通过围护结构导热进入室内的得热 一部分以长波辐射方式传递到围护结构内表面及家具表面，提高其表面温度后再以对流换热方式传递给空气（存在延迟） 一部分以对流换热方式直接传递给空气 渗透空气得热潜热得热 室内热源散发的显热直接成为瞬时冷负荷围护结构内表面和家具表面有吸湿、蓄湿作用（存在延迟）直接进入空气同通过围护结构导热情况任一时刻房间瞬时得热量的总和未必等于同一

21、时间的瞬时冷负荷任一时刻房间瞬时得热量的总和未必等于同一时间的瞬时冷负荷热湿环境372.举例说明举例说明开灯关灯 灯具开启后，大部分灯具开启后，大部分热量被蓄存起来；随着热量被蓄存起来；随着照明时间的延续，蓄存照明时间的延续，蓄存的热量逐渐减少；关灯的热量逐渐减少；关灯后，蓄存在结构中的热后，蓄存在结构中的热量再逐渐放出来成为房量再逐渐放出来成为房间冷负荷。间冷负荷。1）照明得热和实际冷负荷之间的关系照明得热和实际冷负荷之间的关系得热量转化为冷负荷过程中存在衰减和延迟现象，由围得热量转化为冷负荷过程中存在衰减和延迟现象，由围护结构护结构热工特性热工特性和家俱等的蓄热能力决定和家俱等的蓄热能力决

22、定。辐射的存在是延迟和衰减的根源！辐射的存在是延迟和衰减的根源！ 热湿环境382）负荷的大小与去除或补充热量的方式有关热湿环境39n 在室内空气参数相同的情况下，采用辐射板空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？调的负荷比送风空调负荷大还是小？热湿环境402）冷辐射板系统的冷负荷可能高于常规送）冷辐射板系统的冷负荷可能高于常规送风空调系统的冷负荷，还因为外围护结构内风空调系统的冷负荷，还因为外围护结构内表面温度会因此而降低，导致通过围护结构表面温度会因此而降低，导致通过围护结构传入室内的热量增加。传入室内的热量增加。热湿环境41第五节典型负荷计算方法原理介绍第

23、五节典型负荷计算方法原理介绍n 目的：使负荷计算能够在工程应用中实施目的：使负荷计算能够在工程应用中实施1950s. USSR1967. Canada当量温差法谐波反应法谐波分解法冷负荷系数法冷负荷温差法反应系数法负荷计算法1946. USA稳态计算法稳态计算法不考虑建筑蓄不考虑建筑蓄热，负荷预测热，负荷预测值偏大值偏大热湿环境42n 稳态算法 不考虑建筑蓄热，负荷预测值偏大n 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。n 计算机模拟软件 DOE-2(美国)、HASP(日本)、ESP(英国) DeST(清华)热湿环境43一、稳态计算法一、稳态计算法n 方法

24、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： QKFT n 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n 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热湿环境44稳态算法举例：北京室外气温和室内控制温度比较稳态算法举例：北京室外气温和室内控制温度比较1 1）计算蓄热性能不强的轻型、简易围护结构的传热过程且缺乏参考数据时：逐）计算蓄热性能不强的轻型、简易围护结构的传热过程且缺乏参考数据时：逐时室内外温差传热系数传热面积。时室内外温差传热系数传热面积。2 2）室内外温差的平均值室内外温差的波动值时：采用平均温差计算。）室内外温差

25、的平均值室内外温差的波动值时：采用平均温差计算。热湿环境45)(oinwwttFKQ式中 t0冬季室外设计温度，（对空调系统为每年不保证1d、采暖系统每年不保证5d的最低日平均温度）； tin冬季室内设计温度，。我国北方冬季采暖负荷：用日平均温差的稳态计算法计算缺点缺点：计算结果偏大（围护结构蓄热性能愈好误差愈大），设备投资浪费。夏季冷负荷的计算与冬季相同吗？夏季冷负荷的计算与冬季相同吗？热湿环境46二、动态计算法二、动态计算法积分变换法积分变换法n 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。热湿环境47 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。 传递函数G(s)仅由系统本