建筑热湿环境——是建筑环境中最重要的部分

1、会计学1建筑热湿环境建筑热湿环境是建筑环境中最重要是建筑环境中最重要的部分的部分第1页/共189页第2页/共189页13455559713226 81气温 2太阳辐射 3室外空气综合温度 4热空气交换 5建筑内表面辐射6人体辐射换热 7人体对流换热 8人体蒸发散热 9室内热源第3页/共189页室外气象条件 外扰 室内发热/湿/尘量 内扰(照明、设备、人体、散湿)空调方式 广义外扰热交换：太阳辐射(透明/半透明体) 、 热传导(围护结构)/（对流辐射） 空气交换：空气渗透、空调送风 辐射 对流 蒸发 对流 空气直接混合 蒸发 热,湿,尘源Vi,Ii,di,iVo,Io,do,otwQ W GPq

2、wPqnI墙体传热/湿性能影响内/外扰对室内空气环境的作用4.1 影响室内热环境的物理因素第4页/共189页4.1 影响室内热环境的物理因素太阳辐射与室外空气综合温度Z,Z,Z, IIICS、直射：IN散射：S,S,S, IIICS、地面反射：ID天空散射：IS太阳辐射I0大气辐射Iy建筑表面接受的辐射，朝朝向向，云云层层状状况况等等），qay(PtfI 综合温度朝朝向向），,)(GS,SZ,S, IIIS 第5页/共189页4.1 影响室内热环境的物理因素太阳辐射与室外空气综合温度mNPII0法线直射强度：大气透明度（反应大气污染、水蒸气等颗粒对日射的衰减）大气质量（反应日射强度到达表面的路

3、程大小）I0INI1L=L/sinLdxdIxI0NII 0ZZCZSNIIII,、LLm/ 呈指数衰减P=IL/I0=exp(-kL)xKIIxxdd 第6页/共189页4.1 影响室内热环境的物理因素太阳辐射与室外空气综合温度反应大气污染、水蒸气等颗粒对日射的衰减P=IL/I0=exp(-kL) 第7页/共189页第8页/共189页IN = I0 P mm = L/L = 1/sin大大反应日射强度到达表面的路程大小4.1 影响室内热环境的物理因素太阳辐射与室外空气综合温度第9页/共189页太阳辐射与室外空气综合温度90AIN90NS墙体法线INcosicos cossin sincosc

4、osiI0INI1LI0ZZCZSNIIIII,0 、mNPII0第10页/共189页第11页/共189页直射直射Z散射散射S地面反射地面反射D水平面水平面SINsin IS,S0垂直面垂直面CINcos cos 0.5 IS,S0.5 GIS, 倾斜面倾斜面 INcos i0.5 IS,S(1+cos )0.5 GIS(1-cos )PPIImSSln4 . 111sin210, SSZSSIII, G地面平均日射反射率DC,SS,C,C21IIIIZ 第12页/共189页 DSSSZSSIIII,）（地地点点，时时间间，季季节节， f按不同表面(水平、垂直、倾斜面)计算例4-1短波？长波？

5、第13页/共189页太阳辐射与室外空气综合温度指建筑表面向天空的有效辐射指大气向建筑表面的辐射大气向建筑表面的辐射：(地表)建筑表面向天空的辐射：(地表) 建筑向天空的有效辐射：考虑云层(地表)建筑向天空的有效辐射： 4sba)100(TCI 4abd)100(TCI 天空当量温度大气温度adBS,III 式4-25为何白天可以忽略大气长波辐射，晚间不可以？例题4-2晚间有效辐射第14页/共189页ISIZID太阳辐射与室外空气综合温度BS,I yS,I IZIS第15页/共189页ys III )(www tqd)()(dC,aC,CS,CZ,Cs,CIIIIIID )( )( )(wzww

6、ywswwwyswww tIItIItq短波辐射长波辐射太阳辐射与室外空气综合温度 ,SGDC,21II Iy Id Ia第16页/共189页wywswz IItt td(I)twtz当量空气温度+=室外空气温度室外空气综合温度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： wswz Itt Iy/w工程处理： 垂直面： Iy/w = 0；水平面： Iy/w = 3.54.0。第17页/共189页100气体0.0060.6Air:0.029液体0.070.7Water:0.58建筑材料0.33.5钢筋混凝土:1.5金属2.2240建筑钢材20： 600700kg/m3; ；耐压强度：4

7、kg/cm2 空隙率, air solidtwtnwwnn12聚乙烯泡沫材料：0.044.1 影响室内热环境的物理因素非透明体围护结构的热工性能表4-3w 、n = f(v、t、热面形式)墙体导热系数，W/mK第18页/共189页一般建筑内墙：0.820.93，铝箔0.050.20太阳集热器s ，保温材料常贴铝箔（ =0：非透明体；1：半透明体） 红砖：= 0.85-0.95s=0.65-0.80外界物体辐射响应特性对外辐射特性但1 bCC s ： 5.67 W/(m2K4)4.1 影响室内热环境的物理因素非透明体围护结构的热工性能第19页/共189页 = f（墙表面平整度，室外风速）= =

8、f（墙表面平整度） 312122124412wr)100(104)/()100()100(mairwairwTCttTTC )Re,(wcNuf )( 5 . 0airwmTTT wrww cnrncn 以外墙为例：out辐射对流4.1 影响室内热环境的物理因素非透明体围护结构的热工性能第20页/共189页吸(放)热导热放(吸)热流体与壁面对流传热以外墙为例：壁面与壁面辐射传热以外墙为例：固体间导热传热并联作用表面换热串联作用)(wwwcwc tq124w412wr)100273()100273( wtCqwrwcwwwww)( tqqqqqnw)(nwq 并联作用表面换热nrncnnnnn)

9、( tqtouttinoutWNin14.1 影响室内热环境的物理因素非透明体围护结构的热工性能第21页/共189页K0、R0墙体总传热系数,总传热热阻R0=1/K0，Kf（墙体材质）GB50176-93民用建筑热工设计规范等 )(11nw0nwnwttKdttqii 0nwnwRttRRRttniw twtnwn4.1 影响室内热环境的物理因素非透明体围护结构的热工性能第22页/共189页导热、对流、辐射同时存在 当量导热表4-7实体：dR 传热 导热 对流 总传热(对流为主)d空气间层：一般封闭间层内贴铝箔(小) 以降低传热量,一般贴在高温侧避免结露,为什么？低温侧高温侧高温侧低温侧非透明

10、体围护结构的热工性能第23页/共189页（1）按等热流层分 （2）并联处理成当量热阻由的面积加权推导（3） 332211321RFRFRFFFFR)(11nw0nwnwttKRdttqii 非透明体围护结构的热工性能计算方法：思考：分析按与热流平行方向划分和等热流层划分的不同。 第24页/共189页屋顶外墙外窗(含阳台透明部分)分户墙和楼板底部自然通风的架空楼板户门K1.0,D3.0K1.5,D3.0见下表K2.0K1.5K3.0K0.8,D2.5K1.0,D2.5外窗传热系数/(m2K)，表中r为窗墙面积比朝向 窗外环境条件r 0.25 0.25r 0.3 0.3r 0.35 0.35r 0

11、.45 0.45r 0.5 N 最冷月室外平均气温最冷月室外平均气温无遮阳措施4.73.2有外遮阳(其太阳辐射透射率20%)2.52.5夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准第25页/共189页JGJ26-86 民用建筑节能设计标准体形系数0.3体形系数0.3北纬45北纬40北纬60北纬60JGJ24-86 民用建筑热工设计规程第26页/共189页墙体蓄热性能 t（t）外表面瞬时得热内表面放热)( wZwwtq )(,)()( wnnnnqtq 衰减系数=室外综合空气温度波幅/内表面温度波幅延迟时间=内表面温度波动相位延迟蓄

12、热系数 = 热流波动振幅与温度波动振幅之比qnA0An=A0/An非透明体围护结构的热工性能第27页/共189页反应材料的蓄热特性。ZcqSnn 2 xwxZcwxe DxZcxee21 SRxZcDx 表面温度波动程度S温度波动蓄热一般空气间层：S=0材料内部温度衰减规律反抗温度波动的能力 S可蓄热 D抗波动 D3.0：轻型结构 3.1D6.0：中型结构 D6.1：重型结构；材料导热系数，材料导热系数，的材料层热阻；的材料层热阻；厚度为厚度为)/(KmWxxRx ；温度波动周期，温度波动周期，；材料干容重，材料干容重，；材料比热，材料比热，hZmkgKkghWc3/)/( S参数均可通过半无

13、穷大材料的不稳定传热计算非透明体围护结构的热工性能第28页/共189页非透明体围护结构的热工性能www,w,w, 1w, 22w, 12w, 11n12e9 . 0YYSYSYSYSYSStmmmmmDnzo 2arctan2arctan5 .40151nfnnwwfwfYYYDnztoztnQQQ )(nf00第29页/共189页波长/m穿透率/%可见光近红外线长波红外线 0.8玻璃对波长具有的：3m以下波长几乎全部透过，但却能阻隔3 m以上的长波红外线辐射4.1 影响室内热环境的物理因素透明体围护结构的热工性能1 第30页/共189页)1(1)1(00arraa 202220)1(1)1(

14、)1(1arrar 20220)1(1)1)(1(arra 4.1 影响室内热环境的物理因素透明体围护结构的热工性能玻璃在界面上的、和内部的的，第31页/共189页021sinsin ),(nniiiifIIr ，消光系数），消光系数）折射指数折射指数入射角入射角210,( )exp(1nifKLa 标准玻璃K0.045玻璃/太阳下空气消光系数行程4.1 影响室内热环境的物理因素透明体围护结构的热工性能第32页/共189页4.1 影响室内热环境的物理因素透明体围护结构的热工性能组合结构frameglassframeframeglassglassFFFKFKKKKK )(glassframefr

15、ameglassframeglassframeframeFFF 第33页/共189页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。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。4.1 影响室内热环境的物理因素透明体围护结构的热工性能表4-9第34页/共189页窗框型材：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：单玻、双玻、三玻等；玻璃类别：普通透明玻璃、有色玻璃、低辐射(Low-e)玻璃等；玻璃表面：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

16、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。4.1 影响室内热环境的物理因素透明体围护结构的热工性能第35页/共189页通过窗进入室内的得热：玻璃得热80%，其次是缝隙空气渗透得热和窗框传热得热。玻璃钢材铝合金PVC松木玻璃钢0.7658.2202传热系数W/(m2K)6.211.912.37特定结构常用窗框材料的导热系数W/(mK)中空玻璃及其他墙体材料的传热系数W/(m2K)材料厚度传热系数隔声量/dB普通中空玻璃3+6A+33.42530普通中空玻璃3+12A+33.03035三层中空玻璃3+12A+3+12A+32.13540混凝土墙1503.350

17、砖墙2402.8双玻热阻：in2gap1out01R1 R透明体围护结构的热工性能第36页/共189页4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述第37页/共189页冷（热）负荷：维持室内一定热湿环境所需要的在单 位时间内从室内除去（补充）的热量显热负荷潜热负荷4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述第38页/共189页4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述第39页/共189页4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述室内空气进入建筑的总热量，包括导热、对流、辐射、直接空气交换/HG(n)维持环境空调去除或加入的冷量或热量/CL(n) 房间非稳定工况下实际由空调系统除去的热量/HE(n)比例f (

18、热源性质)表4-15蓄热比例f (建筑热工特性、作用形式)（空调送风方式）与得热比较有衰减和延迟第40页/共189页4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述第41页/共189页壁面得热分解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 本壁面向热源的辐射 本壁面向空调辐射设备的辐射 本壁面向其他壁面的长波辐射第42页/共189页4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述稳定时其量物理意义?第43页/共189页q实际冷负荷(轻型)实际冷负荷(中型)实际冷负荷(重型)西向瞬时太阳辐射得热设计冷负荷4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述谐波扰量阶跃扰量得热量？蓄热量？冷负荷？除

19、热量？第44页/共189页当量温差法谐波分解法美/1946苏/50年代反应系数法ASHRAE/77年冷负荷系数法加/1967-71日射冷负荷系数Z传递函数改进典型建筑冷负荷温差及冷负荷系数谐波反应法完善稳态计算法eKF我国根据不同对象推荐采用：4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述第45页/共189页冷负荷指标的冷负荷指标/W/m2116.3宾馆饭店数量/个01254210宾馆饭店百分比/% 04.18.320.316.78.341.7合计百分比/%33.2冷负荷指标的冷负荷指标/W/m2116.3宾馆饭店数量/个2893200宾馆饭店百分比/% 8.3 33.337.512.58.300合

20、计百分比/%8.3设备闲置浪费（样本数：24）第46页/共189页 稳态算法n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n冷负荷系数法、谐波反应法：夏季设计日动态模拟。 计算机模拟分析软件nDOE2(美国)、HASP(日本)、ESP(英国)nDeST(清华)4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述第47页/共189页第48页/共189页n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简单，可手工计算n未考虑围护结构的蓄热性能，计算误差偏大n蓄热小的轻型简易围护结构n室内外温差平均值远远大于室内外温度的波动值（如冬季负荷计算、夏季内墙负荷计算等）4

21、.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述第49页/共189页xtxxaxtxat )()(22)()0 ,(| ),(| ), 0(0 xfxtxtttxtttxnwxww 非均匀板壁的不稳定传热:)()(441 jimjijijlTTxQ 4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述第50页/共189页4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述如何选用？变换为变换为第51页/共189页形式：传递矩阵或s-传递函数)()()(1sIsGLO 4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述系统Input( )Output( )()()()()(00sIsOdeIdeOsGss 第52页/共189页叠加单元扰量

22、 扰量单元扰量响应响应分解：热传递过程是线性定常系统：扰量周期变化：扰量非规则变化扰量扰量Input()室外参数三角波分解叠加条件：线性定常系统G(s)Input(s)Output(s)系统系统Input( )Output( )传递函数第53页/共189页n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。典型扰量输入：室外空气温度，输出：室内壁温n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，再进行叠加获得室内负荷。n对应离散系统，拉普拉斯变换转化为Z变换典型扰量输入：室内热源得热，输出：室

23、内负荷4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述第54页/共189页16.9 -551525354501440 2880 4320 5760 7200 8640-2002001440 2880 4320 5760 7200 8640-7.507.5050100150第55页/共189页)2cos()(pn,nnnnn,nTnA 室外温度按余弦波（傅氏级数）分解（负荷为各阶余弦波响应之和） 谐波反应计算方法系统tz,n()n,n()扰量响应ntz,pAnT/ntznn,n=An/n tz,n/n室外空气综合温度室内壁面温度扰量响应扰量响应DnnnnnetBAv21,n,z An tz,nBn n,

24、n)2cos()(0znn,nTnAAt 谐波反应法第56页/共189页室外空气综合温度1阶谐波2阶谐波3阶谐波时刻/h平均值nnnt,n, z 相位相位相位相位)()(,n, z nnnt n、n围护结构对n阶扰量传至的衰减度及相位延迟时间，定义： 1n,z)2cos()(nnnnnpnTnt 1,zz)2cos()(nnnTntt 11nn)2cos()()(nnnnnn,nTnA 对于谐波叠加的室外(综合)空气温度：如用振幅表示： 1,z,zz)2cos()(nnnpTnttt 第57页/共189页)()(wzpz,wwzww tttq)2cos()()()()(1nnp,znnnpz,

25、nnnnnnnnnTnAttKttKtq 稳定传热：tz,p 、 tn,p qn,p=K（tz,ptn,p） qn () =+ qn,p+qn1 ( ) + qn2 ( ) tn=C,仅tz()作用:tz() n()qn1( ) tz=C,仅tn()作用:tn() n()qn2( ) 外表面瞬时得热：内表面瞬时放热：取得n、n的途径： 1.大量性能试验得到（但很有限），目前手册中的大部分数据属这类；2.理论计算得到（见4.1.2）。（传入室内的得热量）QQQ 第58页/共189页fdQQQQQ QQQQQfdfd QQQQQfdfd )cos(1, znfffnnmnnnntFQQ 墙体衰减延

26、迟房间衰减延迟)2cos(1,znnnnnnTntFQ n、n 1,zz)2cos()(nnnTntt ,p,zzzttt n、n)cos(1, zffnnnmnnnnnntFQCL ffdfdQCLQQQCLQQCLQ 第59页/共189页）朝向地点 ,(p,wn建建筑筑热热工工特特性性snttKfKF tKFtTnAKtKFFttKFCLQnnnnnn )2cos( )()( n1np, znnp, z外表面太阳吸收系数房间的衰减与延迟n, n )(clnttKF n, n 第60页/共189页软件名软件名功能负荷计算方法条件DOE-2（美）反应系数法恒物性ESP（英）设备系统能耗有限差分

27、法变物性EnergyPlus（美）设备系统能耗传递函数法(反应系数法)恒物性HASP(日本)热平衡法恒物性DeST(中)状态空间法恒物性 其他还有：BLAST （美） 、NBSLD （美） 4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述第61页/共189页DOE-2 (Design of Experience)由美国能源部主持，美国 LBNL开发，于1979年首次发布的软件，是目前国际上应用最普遍的建筑热模拟商用软件，用户数估计达到10002500家，遍及40多个国家。其中冷热负荷模拟部分采用的是，假定，不考虑不同房间之间的相互影响。美国LBNL 90年代开发的商用、教学研究用的系统软件。采用的是（

28、反应系数法）。第62页/共189页(Energy Simulation Program for Research) ESP(ESP-r)是由英国Strathclyde大学的能量系统研究组19771984年间开发的能耗动态模拟软件。负荷算法采用的是求解一维传热过程，而不需要对基本传热方程进行线性化，因此具有的建筑的热过程，如有特隆布墙(Trombe wall) 或相变材料等变物性材料的建筑。采用的时间步长通常以分钟为单位。该软件对计算机的速度和内存有较高要求。(Heating,Air-conditioning and Sanitay Engineering Program) 日本1971开发，采

29、用动态计算负荷，强化建筑并考虑系统的能耗模拟软件。第63页/共189页(Designers Simulation Toolkit)n 90年代清华大学开发的与和。负荷模拟部分采用状态空间法，即采用现代控制论中的“状态空间”的概念，把建筑物的热过程模型表示成：的求解是在空间上进行离散，在时间上保持连续。对于多个房间的建筑，可对各围护结构和空间列出方程联立求解，因此问题。n其解的稳定性及误差与时间步长无关，因此求解过程所取时间步长可大至1小时，小至数秒钟，而有限差分法只能取较小的时间步长以保证解的精度和稳定性。状态空间法与反应系数法和谐波反应法相同之处是均要求系统线性化，相变墙体材料、变表面换热系

30、数、变物性等非线性问题。BuATTC 分阶段第64页/共189页)(nwnttKNqqqqq )/(nwwRRRN 日射得热温差传热得热)()(nwnwwnttKNqttKqRRq 玻璃吸收的太阳辐射向室内传入的分额4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述ssz, zIIqi 1。日射透射得热2。内壁面对流得热：日射吸热得热、温差传热得热q=Iq=I第65页/共189页先解得热，点，朝向，时间）标准玻璃光学特性，地(f)(nwglassttKINIqHGQ 我国采用3mm厚的普通玻璃当入射角为i =0 时， =0.8，=0.074，=0.126标准玻璃日射得热日射得热因数Ds)(nwglass

31、ttKDHGQs )(ssz, zssz, zsIINIIINIDii 第66页/共189页吸热玻璃：在玻璃中添加金属离子或某些物质形成着色玻璃，获得较高吸收率。20世纪60年代流行。反射玻璃：在玻璃表面附加一层膜，使之反射更多太阳辐射，获得较高反射率。20年代70世纪流行。吸热玻璃与反射玻璃比较比较条件：厚度3mm，环境：32，室内：24，太阳日射强度：600W/m2，温差传热：49.4W/m2普通玻璃吸热玻璃反射玻璃0.865 0.06 0.051 0.111 0.024 0.889 0.075 0.15 0.45 0.31 0.09 0.40 0.60 0.46 0.30 0.10 0.

32、32 0.38 0.22 0.600.40 第67页/共189页low-e玻璃：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68页/共189页可见光冬季型Low-E玻璃7.0% 45.6% 45,2% 2.2%普通玻璃 高 高 高 低 吸热玻璃 中 中 中 低反射玻璃 低 低 low-e玻璃 低 低近红外线可见光紫外线长波红外线内镀非常薄但又耐久的镀银薄层。 20世纪80年代盛行夏季东西向第69页/共189页4.2 房间冷负荷的形成及

33、其计算方法概述第70页/共189页swindowsndgsolarDFCCxxHGQ 有效面积系数地点修正系数4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述condsolarnwglass)(HGQHGQttKDHGQs玻璃的遮阳系数(遮挡系数)窗户的遮阳系数窗户面积例4-8、例4-9不同措施的日射得热窗玻璃的遮阳系数窗户得热第71页/共189页4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述 内藏百叶排风排风内藏百叶内玻璃幕墙外玻璃幕墙回/排风卷帘百叶外玻璃幕墙回/排风 卷帘百叶外玻璃幕墙回/排风通 风 窗空 气 屏 障 式第72页/共189页第73页/共189页第74页/共189页通风夹层的节能特性第7

34、5页/共189页 第76页/共189页a)外立面 b)通风换气层图4-29 双层通风玻璃幕墙 与通风窗之区别？第77页/共189页4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述 mnnnnttt11,wp,wwcos mnnnnBD12,scos )(cos, 11,wp1,1,nnmnntKFQQ )(cos, 21sndg2,nnmnnBFCCxxQ )cos()(, 1, 11, 1,wf , 1, 1d, 1np,w1,nnnmnnntKFQttKFCLQ )cos(. 2, 21, 2sndgf , 2, 2d, 22nnnmnnnBFCCxxQCLQ 经过了什么部件被衰减和延迟了? 第7

35、8页/共189页 tKFttKFCLQ )( nw, 1n, n 4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述 FJCCxxCLQsndg2, n, n )(LQmax, sCDJ 第79页/共189页处理方式：太阳辐射中不考虑直射辐射。有阴影与无阴影混合作用： 分别考虑，按面积 计算各得热。阴影面积：可由几何关系求解。空调得热计算：按情况计算， 因阴影面而引起的得热减少。4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述第80页/共189页)()(0LQ0 CHGCLQHG(0)内热源散热量- 0 热源开始散热至计算时刻CLQ(- 0)冷负荷系数负荷强度系数，它与开始使用时间和连续使用时间有关，与建筑热特

36、性有关。第81页/共189页（照明负荷）1357911 13 15 17 19时刻/h00.81135791113时刻/h00.81135791113 151719时刻/hqiX, 1TLX ,第82页/共189页 QTZ00T图4-31周期性阶跃扰量作用示意Lq1241, 1241, 1iiTTXX第83页/共189页 计算基数：输入功率N（电动设备安装功率）/kW 利用系数(最大实耗功率与安装功率之比) ； 同时使用系数； 负荷系数(实耗功率与最大实耗功率之比) ； 有局部排风时应考虑排风带走热量的系数。室内室外得热热能机械能功率热能判别主要常见设备有电

37、热设备、电动设备/考虑电动机效率工艺设备工艺设备电动机电动机得热计算式得热计算式/W电动设备电动设备室内室内室内室内Q=1000n1n2n3N/ 室内室内Q=1000n1n2n3N室内室内Q=1000n1n2n3 (1- )N/ 电热设备电热设备室内室内Q=1000n1n2n3n4NTLXQCLQ ,第84页/共189页人体显热潜热辐射热对流热对流热吸收热水分蒸发：水分温度湿度）环境温度环境温度劳动强度劳动强度衣着衣着年龄年龄性别性别人体散热、散湿人体散热、散湿,(f qx(QQnnqqnqnQ ）潜热潜热显热显热 TLXQQCLQ ,xq例4-10第85页/共189页谐波反应法的简化算法与冷

38、负荷系数法形式一致。不能分析变物性的材料如相变材料制成的围护结构热过程。只是在一定程度上反应了得热和冷负荷之间的区别，对辐射的影响作了很多简化：n对墙体内表面之间的长波辐射作了简化处理，给定比例n忽略了透过玻璃窗日射落在墙内表面上的光斑的影响n热源对流和辐射比例给定，与墙表面角系数给定n把室内空气温度看作是常数如果房间与简化假定相差较远，则结果的误差较大，如内表面温度差别大、房间形状不规则、室内空气控制温度随时间变化等。第86页/共189页网络平衡法原理： 节点平衡：Gi0 回路压力平衡：P0通风渗透得热 = 室内外焓差 渗透风量负荷为什么？计算关键？4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述)

39、()(nwssnwsssiiLiiGHGQCLQ第87页/共189页nPv 指数指数渗流渗流(流道细小流道细小)n0.511/1.5下部渗入上部渗出夏季冬季负压渗入正压渗出迎风面渗入被风面渗出气密性室外风速压差法缝隙法换气次数法自然通风流量平衡网络法La=klal=f (室外风速,门窗结构,门窗缝隙长度）La=nV=f（换气次数，室容积）第三章视情况考虑一般考虑渗透动力？计算方法分析第88页/共189页湿源：人员、工艺设备、水槽、地面积水等；散湿均变为瞬时负荷；围护结构与家具的蓄湿作用一般不考虑。湿表面功率为N的热源加热蒸发湿表面散湿量：skgBBFPPWab/ )(0 教材式(4-121)符

40、号见教材P.182冷负荷：蒸汽潜热，一般蒸汽的显热不考虑湿负荷：蒸汽量自然蒸发湿负荷：式(4-121)蒸汽源冷负荷：根据设备散热方式，由N确定湿负荷：式(4-121)工艺性发湿除外4.3 室内湿环境的形成人体第89页/共189页)( )( nwnwnwnwPPKRPPttKRttqvv wnwn1 11 1 1 aviivaiiRRR）蒸蒸汽汽渗渗透透强强度度，（hmg 2/ Papp力力，室室内内外外空空气气水水蒸蒸汽汽分分压压wn,）（层层蒸蒸汽汽渗渗透透系系数数，Pahmgivi / ）（数数，室室内内外外表表面面蒸蒸汽汽散散湿湿系系Pahmg 2wn/, PahmgRKvv 2/1总总

41、蒸蒸汽汽渗渗透透系系数数，）（，空空气气间间层层蒸蒸汽汽散散湿湿系系数数Pahmga 2/ 4.3 室内湿环境的形成第90页/共189页 )1)(1nwnnmiiiidttKt )1)(1nwnn miviividppKpp 导热系数大温降小 渗透系数大分压力降小ab t(x) Pbt(x)= Pb(x) p(x)冷凝？va vbpwPb水汽方向CBApntwPbtn水汽方向ACB4.3 室内湿环境的形成第91页/共189页目的：建筑物内部无水汽凝结（美观、减少发病率、降低采暖费、延长建筑寿命）检验方法：使建筑物表面(表面结露)、各层(内部结露)1) 调整各材料层顺序；见图保温层：导热系数小，

42、但渗透系数大。图中A相当于保温层、B相当于隔汽层2) 设置隔汽层；布置原则：“”见图（水汽侧）内隔汽层保温层外采暖房间？冷库？ 3) 设置通风间层或泄汽沟道消除围护结构内部冷凝的方法Pi(x) pb(x)pwPbpn水汽方向CAB水汽方向CBApwPbpn4.3 室内湿环境的形成例4-11va vbpwPb水汽方向CBApn大Rv材料第92页/共189页S0S0S=0u 肝脏：最高，38u 皮肤：与外界环境有关u 各部分温差不会太大u 日夜有1以内的波动u 代表温度：核心温度我国正常成年人的体温我国正常成年人的体温()平均量平均量变动范围变动范围腋温腋温36.836.037.4口温口温37.2

43、36.737.7肛温肛温37.536.937.94.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础热湿环境中的人体生理学基础蓄热第93页/共189页Mt0038. 00 .37cr 核心温度下丘脑部位处皮肤温度易测的代表温度表4-38直肠温度skcrb1 . 09 . 0ttt skcrb33. 067. 0ttt )(3 . 0)(2 . 0sk上臂上臂胸胸大腿大腿小腿小腿ttttt 平均温度(在热环境中) (在冷环境中)4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础热湿环境中的人体生理学基础)(0275. 07 .35skWMt 第94页/共189页4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础热湿环境中

44、的人体生理学基础HotCold38 oC32 oC人的正常体温：36.5人的皮肤表面温度为： 33.3第95页/共189页热湿环境中的人体生理学基础第96页/共189页人体的皮肤和内脏器官有无数个“冷点”（冷感受器）和“热点”（热感受器），它们使大脑产生冷热感觉的作用系统如下：表皮0.2mm真皮0.6mm深部脂肪层10mm位于皮肤表面下0.3-0.6mm位于皮肤表面下0.15-0.17mm温度内脏皮肤温度核心温度大脑热感冷感主观心理描述客观生理反应客观生理反应热湿环境中的人体生理学基础第97页/共189页：人体的温度和散热量并不完全由环境因素决定，在一定环境参数范围内人体的比较核心温度与设定值

45、偏差下丘脑前部下丘脑后部设定点大脑冷热皮肤(接收机构)执行机构冷信号热信号血管收缩、冷颤血管扩张、出汗生理反应=f(M)=f(活动量)静止:36.8;步行:37.4 ；慢跑:37.9;剧烈运动:39.5 ; 热湿环境中的人体生理学基础第98页/共189页下丘脑是调节内脏活动的较高级中枢，可分为前、后、内、外四个区。具有：体温调节、摄食行为调节、水平衡调节、对情绪反应的调节、对生物节律的控制等。其中体温调节：只有保留下丘脑及其以下神经结构的完整动物才有恒定体温的能力。下丘脑存在体温调节中枢及其既能感受温度变化，又能对传入温度信息进行整合的温度敏感神经元。第99页/共189页 大脑皮层 神经递质

46、丘脑下部 促激素释放（抑制）因子 垂 体 促激素 外周腺体 激素 外围激素 最终靶细胞上一级对下一级的调节激素分泌的调节控制第100页/共189页前部主要促进散热来降温，后部促进产热抵御寒冷。 A 血管扩张，增加血流，提高表皮温度A 出汗A 血管收缩，减少血流，降低表皮温度A 通过冷颤增加代谢率热湿环境中的人体生理学基础第101页/共189页被动水分损耗皮肤、肺部水蒸气分压力差汗腺分泌蒸发皮肤热不平衡归纳4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础热湿环境中的人体生理学基础第102页/共189页心理学，研究感觉与刺激间的关系学科称为心理物理学。人对周围环境“冷”“热”的主观描述。尽管人描述环境的

47、冷热，实际上只能感觉到自己皮肤下神经末梢的温度。所以“冷”“热”与感受者的身体状态有关，不是完全客观的反映。不冷不热，人用于体温调节消耗的能量最小。感觉不能用任何直接的方法测量。4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础热湿环境中的人体心理学基础第103页/共189页敏感区敏感区迟钝区420-1冷热感觉阈皮肤温度变化率/ /s温度变化率对冷阈和暖阈的作用4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础热湿环境中的人体心理学基础第104页/共189页实线暖阈、凉阈虚线感觉变化阈适应温度的变化/K适应温度/环境温度30时，在什么情况下感觉暖？ 环境温度36时，在什么情况下感觉凉？ 4.4 热湿环境中的人

48、体生理学和心理学基础热湿环境中的人体心理学基础热感冒第105页/共189页浸在45 的水中，感到疼痛的时间约多少？ 水温（）时间（s）疼痛强度痛阈18s后疼痛消失48474645434.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础热湿环境中的人体心理学基础描述人对热刺激的反应 第106页/共189页4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础热湿环境中的人体心理学基础当人获得一个快感的刺激时是舒服的，但此时可能热感觉可能是中性的甚至是非中心的同样的手温有时感到舒适有时感到不舒适，说明了什么？第107页/共189页一般情况取决于平均皮肤温度；最初取决于皮肤温度，而后取决于深部体温；可以获得快感的刺激；可

49、以消除热不舒适感4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础热湿环境中的人体心理学基础comfort, thermal: that condition of mind which expresses satisfaction with the thermal environment, it requires subjective evaluation.ASHRAE55-1992 and is assessed by subjective evaluation. ASHRAE55-2004Thermal Environmental Conditions for Human OccupancyASH

50、RAE55:标度表4-40ISO 7730第108页/共189页SCERWM 人体蓄热率人体能量代谢率人体产热率与室内相对湿度 有关与强度有关与表面温度 有关人体所作机械功人体与环境辐射换热率人体与环境对流换热率人体蒸发散热率与室温、气流风速有关4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础人体热平衡方程以及热舒适性描述第109页/共189页SCERWM 人体感到舒适的： S = 0人体感到舒适的： 人体按正常比例散热对流散热/总散热辐射散热/总散热呼吸、无感觉蒸发散热/总散热2530%4550%2530%当S=0时： 将前述各散热量计算式代入方程式，可以得到公式（5-32），即人体蓄热量S取决于

51、6个因素的定量描述：0),( clraaItvtMf ),(clraaItvtMfS 人体正常的散热范围：4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础人体热平衡方程以及热舒适性描述第110页/共189页4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础人体热平衡方程以及热舒适性描述S0：体温升高，40时人出汗停止；43.5 时人死亡。S0:体温降低，人体颤抖；34时，肌肉适应，停止颤抖；28时，呼吸停止，人死亡。SCERWM 第111页/共189页产能量()体内化学反应等活动强度/环境/性别/年龄/进食后时间长短/等神经紧张程度等作机械功皮肤/服装/呼吸热交换热平衡与无生命物质能量平衡的主要区别即成年男

52、子静坐时的代谢率。成年男子RMB：46 W/m2 /0.8metBMR变化范围：1015。超过20为病态。维持生命所需最低产能用于比较不同条件时的代谢率 早餐前清醒静卧半小时,室温为1825测得4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础人体热平衡方程以及热舒适性描述第112页/共189页M = f (耗氧量、CO2排放量) = f (活动量)0.83km/h2.03.08.05km/h10km/h1.4表4-42式4-1344.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础人体热平衡方程以及热舒适性描述表面积1.8m2,中国人的表面积1.51.8m2；第113页/共189页定义：MW 2 . 0/ M

53、W S=0时：C+R+E=(M-W)实际M计算空调负荷计算时：取0，即：W0偏安全计算人体是高效的能量转化系统吗？4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础人体热平衡方程以及热舒适性描述0.2第114页/共189页resresdifrswECEEE )2 .58(42. 0 WMErsw)34(0014. 0arestMC )335. 3254. 0(05. 3askdifPtE )867. 5(0173. 0aresPME )(0275. 07 .35WMtsk ),(),( aaatWMfPtWMfE 皮肤呼吸4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础人体热平衡方程以及热舒适性描述第115

54、页/共189页 ),(10010044rclclrcleffclttMIfttffR 人体表面发射率，灰体且长波辐射时等于吸收率 f eff 人体有效辐射面积修正系数，考虑不同姿势的修正斯蒂芬-玻尔兹曼常数5.6710-8W/m2K4tcl 衣服外表面温度：),()(clclskclCRIWMfCRItt 4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础人体热平衡方程以及热舒适性描述第116页/共189页 ),(aclclaclclclttWMvIfttfC ),(arclcltWvttMIfCR tcl 可以通过联立求解4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础人体热平衡方程以及热舒适性描述fcl

55、 人体服装面积系数，它是着装后实际表面积Acl与人体 裸身表面积AD之比，即： WmIIWmIIfcl/078. 0 645. 005. 1/078. 0 290. 100. 12clcl2clcl当当当当第117页/共189页当S=0人体达到热平衡时有：4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础人体热平衡方程以及热舒适性描述0)()273()273(1096. 3)15.58(42. 0)(007. 0733. 505. 3)867. 5(0173. 0)34(0014. 0aclclcl4mrt4clcl8aaa ttftfWMPWMPMtMWM 0 )( )( CERWMM、W、ta、P

56、a、mrt、fcl、tcl、cl。 f(tcl，ta，va)f(ta，va，Icl ， fcl ，mrt，M)f(Icl )f(ta、a )第118页/共189页0 0100100200200300300400400静坐静坐极轻劳动极轻劳动 轻度劳动轻度劳动 中等劳动中等劳动 重度劳动重度劳动热量/kW热量/kW0 0100100200200300300400400ta=20显热ta=20显热ta=20潜热ta=20潜热ta=30显热ta=30显热ta=30潜热ta=30潜热工程上妇女、儿童散热取值为男子散热参数的85%人体热平衡方程以及热舒适性描述第119页/共189页 皮肤扩散蒸发散热 汗

57、液蒸发散热 对流散热 辐射散热 =TL= 呼吸潜热呼吸显热散热达到热平衡时0),(clmrtaa IMvtfS 4.5 人对热湿环境的评价PMV-PPD指标及其影响因素SMPMV0275. 0)036. 0exp(303. 0 S PMV：客观物理量感觉主观定量表4-43第120页/共189页 ),(0275. 0)036. 0exp(303. 0clmrtaaIMvtfSMPMV PMVPPD通过满意度描述由大量试验获得)()0217903353. 0(exp9510024PMVfPMVPMVPPD 4.5 人对热湿环境的评价PMV-PPD指标及其影响因素第121页/共189页4.5 人对热

58、湿环境的评价PMV-PPD指标及其影响因素 ),(clmrtaaIMvtfPMV 环境参数活动量 衣着可以有ta、Pa()、 va、 mrt、 M、 Icl多种组合达到同样的感觉PMV季节温度相对湿度速度夏季 2228 4065 0.3m/s冬季 1824 3060 0.2m/sta a vata：决定了能耗a ：决定了排汗气流形式干冷湿冷闷热皮肤润湿度= 体表实际蒸发散热量最大潜热散热量体表全部被汗湿润采暖通风与空气调节设计规范 GB 50019-2003： 第122页/共189页A空气湿度对人体排汗量有影响吗？为什么？A潮湿为什么不舒服？A湿冷为何比干冷更觉得不舒适？A在什么温度范围内，湿

59、度对舒适感的影响可忽略不计？A皮肤湿润度增高皮肤黏着性增加不适皮肤润湿度不舒适的数量估计4.5 人对热湿环境的评价PMV-PPD指标及其影响因素第123页/共189页 niiniiiFF11/ )( 一个假象的等温围合面的表面温度，它与人体间的辐射热交换量等于人体周围实际的非等温围合面与人体间的辐射热交换量。=4.5 人对热湿环境的评价PMV-PPD指标及其影响因素mrtmrtMean Radiation Temperature第124页/共189页 温度计 温包 涂黑的薄壁铜球 软木塞环境空气温度150mm)(44. 2aggmrtttvt 风速黑球温度4.5 人对热湿环境的评价PMV-PP

60、D指标及其影响因素mrt)(wnnnttKti niiniiiFF11mrt)( 第125页/共189页单位为静坐、ta=21、v0.05m/s、50%时舒适所需衣服热阻。 人体衣着多少直接影响人体热平衡或者人体蓄热的多少。 1clo0在与图中情况不同时(如活动量等)，应对其参数进行修正。4.5 人对热湿环境的评价PMV-PPD指标及其影响因素第126页/共189页 步速 3.7km/h1clo 0.48 clo人运动时由于人体与空气之间存在相对流速，会降低服装的热阻。 Icl = 0.504 Icl + 0.00281Vwalk 0.24椅子给人增加0.1