热湿环境201175PPT课件

1、1基本概念与术语第1页/共141页2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2页/共141页3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)第3页/共141页4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

2、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。第4页/共141页5 第一节 太阳辐射对建筑物的热作用第5页/共141页6非透光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。 第6页/共141页7太阳辐射在透光围护结构中的传递 玻璃对辐射的选择性 0.8可见光近红外线长波红外线普通玻璃的光谱透射率第7页/共141页8第8页/共141页9第9页/共141页10城市热岛的成因第10页

3、/共141页11 城市热岛与CTTCCTTC模型建筑群热时间常数Cluster Thermal Time Cluster Thermal Time ConstantConstant 以色列H. Swaid and M. E. Hoffman提出， 对建筑采取了二维简化，将建筑群简化成为周期性起伏的“城市峡谷” 改进CTTC模型：Elnahas和Williamson tTtTTtTlwsolba 基准(背景)温度 太阳辐射造成的空气温升 夜间对天空长波辐射造成的空气温降 空气团的温度 )()(metlwurblwmetsolurbsolmetaurbatTtTtTtTtTtT 气象站市区第11页

4、/共141页12建筑布局与日照 日照的作用 冬季采暖：充分利用太阳能 自然采光需要：适当的散射辐射 心理需要：冬日室内光斑对人的心理有积极作用 影响因素 纬度：决定太阳高度角和日射强度 建筑布局：决定遮挡情况 目标 冬天尽量多：但太阳高度角低易被遮挡 夏天尽量少：但太阳高度角高不易被遮挡第12页/共141页13建筑热工设计分区严寒地区寒冷地区夏热冬冷区温和地区寒冷地区严寒地区寒冷地区严寒地区第13页/共141页14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1

5、4页/共141页15太阳辐射在透光围护结构中的传递 玻璃对辐射的选择性 0.8可见光近红外线长波红外线普通玻璃的光谱透射率第15页/共141页16太阳辐射在透光围护结构中的传递 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。第16页/共141页17low-elow-e玻璃的透光选择性一层low-elow-e玻璃一层普通玻璃第17页/共141页18太阳辐射在透光围护结构中的传递 将具有低发射率、高红外反射率的金属（铝、铜、银、锡等），使用

6、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。第18页/共141页19low-elow-e玻璃的透光选择性一层low-elow-e玻璃一层普通玻璃第19页/共141页20太阳辐射在透光围护结构中的传递(1-r) ao1r(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 rBC(1-r)(1-ao)4 r3(1-r)2(1-ao)4 r3(1-ao)4(1-r) r4(1-r)(1-ao)3 r3ao(1

7、-r)(1-ao)2 r2(1-r)(1-ao)3r2(1-r)2(1-ao)3r2(1-r)(1-ao)3r3DE(1-r)(1-ao)2 r2ao(1-r)(1-ao) r ao)exp(10KLa 第20页/共141页21太阳辐射在透光围护结构中的传递 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、吸收率和透射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。第21页/共141页22太阳辐射在透光围护结构中的传递 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

8、同，两层的吸收率相同吗？ （P48）第22页/共141页23室外空气综合温度Solar-air TemperatureSolar-air Temperature第23页/共141页24室外空气综合温度 Solar-air Solar-air TemperatureTemperature 定义：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 第2

9、4页/共141页25室外空气综合温度Solar-air TemperatureSolar-air Temperature 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？设空气温度为35，柏油路面太阳辐射吸收率为0.98，室外对流换热系数为16w/m2，太阳辐射照度为800w/m2.第25页/共141页26 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

10、，则有： 思考题 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？)(444gggskyskywggskywLTxTxTxxQ 天空辐射（夜间辐射，有效辐射）第26页/共141页27 第二节 建筑围护结构的热湿传递与得热第27页/共141页28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。第28页/共141页29通过围护结构的显热得热第29页/共141页30通过非透光围护结构的传热过程第30页/共14

11、1页31通过非透光围护结构的热传导 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第31页/共141页32通过非透光围护结构的热传导 非均质板壁的一维不稳定导热过程： 边界条件： 初始条件t (x,0 ) = f (x)xtxxaxtxat )()(22 0,|)(), 0()( xoutlwsoloutaoutxtxQQtt xshwjimjijijinainxtxQTTxtt|)()()()(),(441,第32页/共141页33x=0 x=Qenv通过非透光围护结构的热传导 利用室外空气综合温度简化外边

12、界条件： 实际通过围护结构传入室内的热量为： 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了空气。0|)(), 0()( xzoutxtxtt xcondwallxtxQ|)(,第33页/共141页34通过非透光围护结构的热传导 板壁各层温度随室外温度的变化第34页/共141页35通过非透光围护结构的得热 前者是考虑在内外扰动以及整个房间所有围护结构相互作用下通过一堵墙体的传热量 后者是把一堵墙体割裂开来，仅考虑在内外扰动作用下通过一堵墙体的传热量 目的在于把房间每一堵墙体的得热求出来，然后进行叠加，以求得通过整个房间围护结构的传热量。是一些简化工程算法的需要。第

13、35页/共141页36通过非透光围护结构的热传导基本物理过程分析 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，从而影响总传热量 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 xcondwallxtxQ|)(,第36页/共141页37室内其他内表面温度如何影响板壁的传热？第37页/共141页38通过非透光围护结构的得热基本物理过程分析 结论 即便室外气象参数与室内空气温度是确定的，实际通过非透光围护结构的热传导量也是不确定的受其他壁面温度高低与室内辐射热源方向的影响。 “通过非透光围护结构的得热”实际上是一个假设的

14、量量级上与“通过非透光围护结构的热传导量”相当，但把受其他壁面温度与室内辐射热源影响部分忽略了，存在数值上的偏差。第38页/共141页39通过非透光围护结构的得热 为了求得所谓的非透光围护结构的得热HGwall，需要规定假定条件： 假定除所考察的围护结构内表面以外，其他各室内表面的温度均与室内空气温度一致 室内没有任何其他短波辐射热源发射的热量落在所考察的围护结构内表面上，即Qshw0。 此时，通过该围护结构传入室内的热量就被定义为通过非透光围护结构的得热，主要反映了室外气象参数和室内空气温度的影响 HGwall = HGwall ,convHGwall,lw第39页/共141页40通过非透光

15、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决定的得热部分与其它部分分离出来 t = t1 + t2 围护结构实际传热量与得热的差值为： 如果室内各表面温度高于空气温度，且有短波辐射，则Qwall是正值，即实际条件下通过围护结构导热传到室内的热量小于上述定义的通过围护结构的得热量。 mjinajjrinshwxcondwallwallwallttttQxtxQHGQ1,2,22,)()(),(),(|)()( 第40页/共141页41通过透光围护结构的传热过程第41页/共141页42通过透光围护结构的得热)(,windwind,inaou

16、tacondwindttFKHG 第42页/共141页43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 玻璃层数有单玻、双玻、三玻等 玻璃层间可充空气、氮、氩、氪等或有真空夹层 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。第43页/共141页44玻璃窗的种类与热工性能 住宅建筑 我国住宅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。 发达国家

17、寒冷地区的住宅则多装有充惰性气体的多层玻璃窗。 大型公共建筑 我国大型公共建筑多采用有色玻璃或反射镀膜玻璃。部分新建筑采用low-e玻璃。 发达国家大型公共建筑多采用高绝热性能的low-e玻璃。第44页/共141页45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Kglass 气体夹层和玻璃本身均有热容，但较墙体小。P57第45页/共141页46玻璃窗的种类与热工性能 无色玻璃表面覆盖无色 low-e 涂层，可使这种玻璃的遮挡系数 Cs 低于0.3 （61）第46页/共141页47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

18、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、遮阳蓬第47页/共141页48外遮阳第48页/共141页49外遮阳和内遮阳有何区别?反射对流透过对流透过反射第49页/共141页50窗玻璃间遮阳 Double-skin Facade Double-skin Facade hfloor n pw2ndpw1ohstory n dinternal cavityblindsexternal cavityfloor double glassoutside single glass第50页/共141页51通风双层玻璃窗，内置百页第51页/共141页5

19、2第52页/共141页53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第53页/共141页54 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： 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, solHGglass, + HGglass,adifglassdifDiglassDiglassIIHG, 通过透光围护结构的得热)(

20、,difdifDiDiinoutoutaglassaIaIRRRHG 第54页/共141页55通过透光围护结构的得热 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：windwindnsdifsDisolwindFXCCSSGXSSGHG)(, 第55页/共141页56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通过透光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： 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

21、度变化带来偏差windglassnsdifsDiinoutawindsolwindcondwindwindFXCCSSGXSSGttKHGHGHG)()()()()()()(, 第56页/共141页57 outaviiinvK 1111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相类似：w = Kv (Pout - Pin) kg/sm2 水蒸汽渗透系数，kg/(Ns) 或 s/m：第57页/共141页58饱和水蒸汽分压力温度实际水蒸汽分压力通过围护结构的湿传递 当墙体内实际水蒸汽分压力高于饱和水蒸汽分压力时，就可能出现凝结或冻结，影响墙体保

22、温能力和强度。第58页/共141页59其他得热来源第59页/共141页60第60页/共141页61第61页/共141页62习题 为什么我国北方住宅严格遵守座北朝南的原则，而南方（尤其是华南地区）住宅并不严格遵守此原则？ 是空气温度改变导致地面温度改变，还是地面温度改变导致空气温度改变？ 晴朗的夏夜，气温25，有效天空温度能达到多少？ 如果没有大气层，有效天空温度应该是多少？p23地表的黑度波尔兹曼常数地表温度温度第62页/共141页63习题 为什么晴朗天气的凌晨树叶表面容易结露或结霜？ 为保证日照时间满足规范要求，南方地区和北方地区要求的最小住宅楼间距是否相同？为什么？ 采用高反射率的地面对住

23、区微气候是改善了还是恶化了？为什么？ 水体和植被对热岛现象起什么作用？机理是什么？第63页/共141页64室外空气综合温度 Solar-air Solar-air TemperatureTemperature 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 第64页/共141页65 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

24、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： 思考题 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？)(444gggskyskywggskywLTxTxTxxQ 天空辐射（夜间辐射，有效辐射）第65页/共141页66通过非透光围护结构的热传导 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第66页/共141页67通过非透光围护结构的热传导 非均质板壁的一维不稳定导热过程： 边界条件： t (x,0 ) = f (x)xtxxaxtxat )()

25、(22 0,|)(), 0()( xoutlwsoloutaoutxtxQQtt xshwjimjijijinainxtxQTTxtt|)()()()(),(441,第67页/共141页68x=0 x=Qenv通过非透光围护结构的热传导 利用室外空气综合温度简化外边界条件： 实际通过围护结构传入室内的热量为： 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了空气。0|)(), 0()( xzoutxtxtt xcondwallxtxQ|)(,第68页/共141页69通过非透光围护结构的得热 为了求得所谓的非透光围护结构的得热HGwall，需要规定假定条件： 假定除所

26、考察的围护结构内表面以外，其他各室内表面的温度均与室内空气温度一致 室内没有任何其他短波辐射热源发射的热量落在所考察的围护结构内表面上，即Qshw0。 此时，通过该围护结构传入室内的热量就被定义为通过非透光围护结构的得热，主要反映了室外气象参数和室内空气温度的影响 HGwall = HGwall ,convHGwall,lw第69页/共141页70通过非透光围护结构的得热 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决定的得热部分与其它部分分离出来 t = t1 + t2 围护结构得热与实际传热量的差值为： 如果室内各表面温度高于空气温度，且有短波辐射，

27、则Qwall是正值，即实际条件下通过围护结构导热传到室内的热量小于上述定义的通过围护结构的得热量。 mjinajjrinshwxcondwallwallwallttttQxtxQHGQ1,2,22,)()(),(),(|)()( 第70页/共141页71 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 其他得热来源：室内产热与产湿第71页/共141页72其他得热来源：室内产热与产

28、湿 室内湿源包括人员、水面、产湿设备 散湿形式：直接进入空气 得热往往考虑围护结构和家具的蓄热，“得湿”一般不考虑“蓄湿” 湿源与空气进行质交换同时一般伴随显热交换 有热源湿表面：水分被加热蒸发，向空气加入了显热和潜热，显热交换量取决于水表面积 无热源湿表面：等焓过程， 室内空气的显热转化为潜热 蒸汽源：可仅考虑潜热交换第72页/共141页73其他得热来源：人体散热散湿 见第四章！第73页/共141页74其他得热来源：空气渗透带来的得热 原因：室内外存在压差（热压和风压） 夏季：室内外温差小，风压是主要动力 冬季：室内外温差大，热压作用往往强于风压，造成底层房间热负荷偏大。因此冬季冷风渗透往往

29、不可忽略。 工程应用：缝隙法、换气次数法 缝隙法 La=klal（修正系数见p69） 换气次数法 La=nV 空气渗透带来的总得热： HGinfil=aLa(hout-hin)第74页/共141页75冷负荷与热负荷Cooling load & Heating load第75页/共141页76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

30、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？第76页/共141页77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。第77页/共141页78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。第78页/共141页79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

31、的蓄热量蓄热量第79页/共141页80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？（P71表3-13） 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！ 第80页/共141页81第81页/共141页82房间空气的热平衡关系(空气参数恒定) 排除的对流热室内热源对流得热 壁面对流得热渗透得热第82页/共141页83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第

32、83页/共141页84壁面对流得热通过围护结构的导热得热 本壁面获得的通过玻璃窗的日射得热 壁面对流得热 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第84页/共141页85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twalltwalliltwindHconvsclQHGHGHGHGHEQinf,twalliltwindtwallHradconvsclQHGHGHGHGHEHEQinf,第85页/共141页86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？ 出现低温表面tsf,j ，Qwall变小

33、，负荷偏大了！ 更简单的理解方法：辐射空调的外围护结构表面温度有何变化？通过外围护结构的传热量是增加了还是减少了？niNjinajsfxijriinttrnsolwindtshwHtwallttttHGHGQ)(|1, 2, 2*,窗太阳透过热源短波辐射室内辐射导致墙体温升内表面间长波辐射项第86页/共141页87总负荷与除热量 总负荷 niicondwalliltwindHLilLHtwalltwallSiltwindSHLSLclsclclQHGHGHGHGHGQHGHGHGHGHGHGQQQ,inf,inf,inf,第87页/共141页88 除热量 当空调系统间歇使用时，室温有一定的波动

34、，引起围护结构额外的蓄热和放热，结果使得空调设备要自室内多取走一些热量。这种在非稳定工况下空调设备自室内带走的热量称为除热量。 因此，室内空气参数变化时，采用“除热量”来描述需要排除的热量。显热除热量的计算： 空调系统对流除热量+空气的显热增值=室内热源表面对流得热+内表面i的对流换热+渗透显热得热第88页/共141页89xtxxaxtxat )()(22)(),(|),(|),(,xfxtxtQQttxtttxshwlwinainxoutaout 000 典型负荷计算方法原理介绍非均匀板壁的不稳定传热:)()(441 jimjijijlwTTxQ 第89页/共141页90当量温差法谐波反应法

35、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. USA1950s. USSR1967. Canada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第90页/共141页91 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(美国)、HASP(日本)、ESP(英国) DeST(清华)常用的负荷求解法第91页/共141页92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： QKFT 特点 简单，

36、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差的波动值第92页/共141页93-15-10-505101520253035024681012141618202224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26261828.628.69稳态算法举例： 北京室外气温和室内控制温度比较第93页/共141页94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

37、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。第94页/共141页95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第95页/共141页96G(s)Input(s)Output(s)系统系统Input( )Output( )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

38、函数。这样就可以通过输入量和传递函数求得输出量。)()()()()(00sIsOdeIdeOsGss 第96页/共141页97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。第97页/共141页98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

39、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。第98页/共141页99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：反应系数法第99页/共141页100-5-55 515152525353545450 01440144028802880 43

40、204320 5760576072007200 86408640温度()温度()时间时间(h)武汉市室外干球温度的全年变化第100页/共141页101-5-55 515152525353545450 014401440 28802880 43204320 57605760 72007200 8640864016.9-200200144028804320576072008640-7.507.5050100150输入边界条件的处理方法：谐波反应法：傅立傅立叶级数分解叶级数分解第101页/共141页102输入边界条件的处理方法：冷负荷系数法：时间序列离散时间序列离散第102页/共141页103两种积

41、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。第103页/共141页104 00.20.40.60.81123456789 10 11 12 13时间(时)热量比例得热负荷第104页/共141页10500.10.20.30.40.50.60.70.80.912345678910111213时间(时)负荷第105页/共141页10

42、600.10.20.30.40.50.60.70.80.9113579111315171921时间(时)负荷第106页/共141页107第107页/共141页108第108页/共141页109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？第109页/

43、共141页110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第110页/共141页111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,第111页/共141页112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？ 出现低温表面tsf,j ，Qwall变小，负荷偏大了！ 更简单的理解方法：辐射空调的外围护结构表面温度有何变化？通过外围护结构的传热量是增加了还是减少了？niNjinajs

44、fxijriinttrnsolwindtshwHtwallttttHGHGQ)(|1, 2, 2*,窗太阳透过热源短波辐射室内辐射导致墙体温升内表面间长波辐射项第112页/共141页113 除热量 当空调系统间歇使用时，室温有一定的波动，引起围护结构额外的蓄热和放热，结果使得空调设备要自室内多取走一些热量。这种在非稳定工况下空调设备自室内带走的热量称为除热量。 因此，室内空气参数变化时，采用“除热量”来描述需要排除的热量。显热除热量的计算： 空调系统对流除热量+空气的显热增值=室内热源表面对流得热+内表面i的对流换热+渗透显热得热第113页/共141页114 稳态算法 不考虑建筑蓄热，负荷预测

45、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(美国)、HASP(日本)、ESP(英国) DeST(清华)常用的负荷求解法第114页/共141页115两种积分变换法 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。第115页/共141页116反应系数法 反应系数的大小即反应了

46、某一项因素对某时刻负荷大小的影响程度。 反应系数为01，相当于影响为0100%。 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第116页/共141页117第117页/共141页118第118页/共141页119 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(美国)、HASP(日本)、ESP(英国) DeST(清华)常用的负荷求解法第119页/共141页120两种积分变换法 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

47、，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。第120页/共141页121第121页/共141页122反应系数法第122页/共141页123反应系数法第123页/共141页124谐波反应法 对外扰的分解：室外空气综合温度 tz () = tzp+ tz () = tzp+ tzn sin(n + n) = A0+ An sin(2n/T + n) 对外扰的响应形式：围护结构对不同频率外扰有一定的衰减n=An/Bn与延

48、迟n，响应也是傅立叶级数形式： tin,n () = An/nsin(2n/T+n-n) 通过围护结构形成的负荷：叠加tin,n ()可得出tin()，通过tin()和室内热平衡就可求出负荷。第124页/共141页125谐波反应法 玻璃窗冷负荷 传热温差用外气温而不是室外综合温度： Qcl() = KF t() = KF twp tin + twn sin(n + n) 内扰冷负荷 对内扰响应的分解方法类似对外扰响应的分解。第125页/共141页126谐波反应法的简化算法 算法繁琐，故需要简化 传导部分(墙、窗)： Qcl() = KFt- t为负荷温差，例：室温26时温差，可修正。算法同冷负荷系数法。 日射部分：Qcl() = xgxdCnCsFJ() xg窗有效面积系数，xd地点修正系数，J()为负荷强度。 xdJ()相当于冷负荷系数法的DmaxCcl()，xgF相当于冷负荷系数法的F。 内扰部分： Qcl() = HG(0) JX - o JX - o为设备负荷强度系数( - 0时刻)，同冷负荷系数法的C