第3章建筑热湿环境课件

1、第4章 建筑热湿环境（教材第3、4章）主线：1。建筑物理因素热湿环境的形成2。影响因素对热湿环境的定量影响负荷计算3。人体对热湿环境的反应室内热湿环境标准4。从人体生理学、心理学热湿环境的评价是建筑环境中最重要的部分1建筑热湿环境 知识框架半透明体围护结构的热工性能生理学基础心理学基础建筑热湿环境影响室内热环境的物理因素太阳辐射与综合温度 湿环境非透明体围护结构的热工性能稳定特性非稳定特性冷负荷形成及计算方法人体生理学和心理学冬围护结构负荷空气渗透负荷光学特性PMV-PPD法局部不舒适感其他稳定评价热舒适性方程稳定计算方法谐波反应法冷负荷系数法夏人,照明,设备得热负荷概念湿量计算冷凝校验结露防

2、治温态环境动态环境过度环境热湿环境评价21345555971322681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室内热源室内热湿环境的形成第4章 建筑热湿环境3基本概念A: 室外气象条件 外扰 B: 室内发热/湿/尘量 内扰(照明、设备、人体、散湿)C: 空调方式 广义外扰外扰作用方式：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、空调送风内扰作用方式： 辐射 对流 蒸发 空气状态参数 变化的途径： 对流 空气直接混合 蒸发热,湿,尘源Vi,Ii,di,iVo,Io,d

3、o,otwQ W GPqwPqnI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44.1 影响室内热环境的物理因素4.1.1 太阳辐射与室外空气综合温度建筑表面的辐射作用 直射：IN散射：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建筑表面的气温作用综合温度54.1 影响室内热环境的物理因素4.1.1 太阳辐射与室外空气综合温度法线直射强度：P大气透明度（反应大气污染、水蒸气等颗粒对日射的衰减）m大气质量（反应日射强度到达表面的路程大小）I0INI1L=L/sinLdxdIxI0呈指数衰减P=IL/I0=exp(-kL)大气透明度No

4、.1164.1 影响室内热环境的物理因素4.1.1 太阳辐射与室外空气综合温度大气透明度P1 最透明 变化范围：0.650.75，在一个月份的晴天中可近似认为是常数我国将大气透明度作了6个等级的分区，1级最透明东京晴天的大气透明度逐月值反应大气污染、水蒸气等颗粒对日射的衰减P=IL/I0=exp(-kL) 定义：7我国的大气透明度分区654433248IN = I0 P mm = L/L = 1/sin大大为什么太阳高度角接近0和90时垂直面的日射量都小？反应日射强度到达表面的路程大小大气质量：m4.1 影响室内热环境的物理因素4.1.1 太阳辐射与室外空气综合温度大气透明度94.1.1 太阳

5、辐射与室外空气综合温度 A i 90AIS,Z=INsinIN90NSIC,Z=INcoscos墙体法线INcosiI,Z=INcos iI0INI1LI0太阳辐射强度直射辐射10不同太阳高度角和大气透明度下的太阳直射辐射强度直射辐射太阳辐射强度11直射Z散射S地面反射D水平面SINsinIS,S0垂直面CINcoscos0.5 IS,S0.5GIS,倾斜面INcos i0.5 IS,S(1+cos)0.5GIS(1-cos)水平面散射强度IS,S(Berlage公式)：散射辐射与总辐射强度G地面平均日射反射率水平面日射总辐射：垂直面日射总辐射：太阳辐射强度12水平面总日射辐射强度：北纬40的

6、太阳总辐射量按不同表面(水平、垂直、倾斜面)计算总辐射强度例4-1短波？长波？134.1.1 太阳辐射与室外空气综合温度大气长波辐射(Ia)与晚间有效辐射(Iy)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：Ia (地表)建筑表面向天空的辐射：Id (地表) 建筑向天空的有效辐射：IS,B 考虑云层(地表)建筑向天空的有效辐射：IS,y 天空当量温度大气温度式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14太阳直射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ISIZID非透明体外表面接受热辐射： 4.1.1 太阳辐射与

7、室外空气综合温度室外空气综合温度大气长波辐射IZIS建筑表面接受辐射15室外空气温度：外表面接受的有效热辐射： 外表面得热：短波辐射长波辐射4.1.1 太阳辐射与室外空气综合温度Iy Id Ia室外空气综合温度16td(I)td(I)twtz当量空气温度+=室外空气温度室外空气综合温度60！35！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： td(I)Iy/w工程处理： 垂直面： Iy/w = 0；水平面： Iy/w = 3.54.0。室外空气综合温度17导热特性：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

8、金属2.2240建筑钢材20保温材料0.3保温材料其他要求：600700kg/m3; ；耐压强度：4kg/cm2要点: 空隙率, air solidtwtnwwnn12围护结构传导与热对流聚乙烯泡沫材料：0.044.1 影响室内热环境的物理因素4.1.2 非透明体围护结构的热工性能表面热对流特性：表4-3w 、n = f(v、t、热面形式)墙体导热系数，W/mK18表面辐射特性：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、墙体表面反射率、吸收率、透射率（ =0：非透明体；1：半透明体）s表面的太阳吸收率 红砖：= 0.85-0.95s=0.65-0.8

9、0外界物体辐射响应特性对外辐射特性但Cb黑体辐射系数： 5.67 W/(m2K4)表面黑度：4.1 影响室内热环境的物理因素4.1.2 非透明体围护结构的热工性能19工程上： = f（墙表面平整度，室外风速）=1923 W/(m2K) = f（墙表面平整度） 8.72 W/(m2K) 对流放热系数：辐射放热系数：以外墙为例：out辐射对流4.1 影响室内热环境的物理因素4.1.2 非透明体围护结构的热工性能表面辐射特性：20吸(放)热导热放(吸)热稳定传热量计算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并联作用表面换热touttinout

10、WNin14.1 影响室内热环境的物理因素4.1.2 非透明体围护结构的热工性能21K0、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 twtn多层均质墙体wn4.1 影响室内热环境的物理因素4.1.2 非透明体围护结构的热工性能稳定传热量计算22封闭空气间层： 导热、对流、辐射同时存在 处理方法：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：思考：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？否则会使间层低温侧的温度进一步降低,增加结露的可能性,影响其保温性能.低温侧高温侧高

11、温侧低温侧4.1.2 非透明体围护结构的热工性能稳定传热量计算23组合墙体： （1）分层按等热流层分 （2）确定组合层并联处理成当量热阻由的面积加权推导（3）整个墙体按多层均质求解4.1.2 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。 稳定传热量计算No.1224 墙体蓄热性能 t（t）外表面瞬时得热内表面放热衰减特性：衰减系数0=室外综合空气温度波幅/内表面温度波幅延迟特性：延迟时间0=内表面温度波动相位延迟蓄热特性：蓄热系数 S = 热流波动振幅与温度波动振幅之比qnA0An=A0/An4.1.2 非透明体围护结构的热工性能不稳定热工特性25材

12、料的蓄热系数反应材料的蓄热特性。表面温度波动程度S表面温度波动蓄热一般空气间层：S=0材料层衰减度材料内部温度衰减规律热惰性指标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S参数均可通过半无穷大材料的不稳定传热计算4.1.2 非透明体围护结构的热工性能不稳定热工特性26材料的蓄热系数反应材料的蓄热特性。某一匀质半无限大壁体一侧受到谐波热作用时,迎波面上接受的面积热流量振幅与该表面的温度振幅之比.物理意义：表面温度波幅为一度时，流入材料表面的最大热流密度。它反映材料在周期性热作用下蓄热和放热的能力大小。通常希望围护结构的材料蓄热系数要大

13、些，这样当热流有波动时，可以减少围护结构内表面以及室内空气温度的波动。对于同样的表面温度，蓄热系数大的材料，表面换热较大。热惰性指标反抗温度波动的能力。材料层的热惰性指标是表示材料层受到波动热的作用后，背波面上温度波动剧烈程度的一个指标，表明材料层抵抗温度波动的能力，其能力的大小与墙体的蓄热能力有关，围护结构热容越大，蓄热能力就越大，反抗温度波动的能力就越大，因而温度波幅的衰减就越大，滞后的时间就越长。274.1.2 非透明体围护结构的热工性能不稳定热工特性室外温度谐波传至平壁内表面时的总衰减度和总相位延迟28波长/m穿透率/%可见光近红外线长波红外线 0.8玻璃对波长具有选择性的透过特性：3

14、m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温室效应4.1 影响室内热环境的物理因素4.1.2 半透明体围护结构的热工性能光学特性294.1 影响室内热环境的物理因素4.1.2 半透明体围护结构的热工性能玻璃在界面上的反射、透过特性和内部的吸收特性：界面的反射百分比，A0单程吸收百分比，光学特性30反射百分比：吸收百分比：ra0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4.1.2 半透明体围护结构的热工性能光学特性314.1 影响室内热环境的物理因素4.1.2 半透明体围护结构的热工性能热工特性窗框（材料、各种间隔、断热窗框等玻璃系统（单层

15、、双层、贴膜等）组合结构窗系统32单层：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。多层：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4.1.2 半透明体围护结构的热工性能热工特性表4-933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，或在两层玻璃之间的空间中架一层对近

16、红外线高反射率的热镜膜。窗玻璃中心温度4.1 影响室内热环境的物理因素4.1.2 半透明体围护结构的热工性能热工特性34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0.7658.22030.160.170.52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砖墙2402

17、.8双玻热阻：4.1.2 半透明体围护结构的热工性能热工特性35 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。 冷辐射板空调需要去除的热量除了进入到空气中的热量外，还包括贮存在热表面上的热量。4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.1 得热与负荷的基本概念 得热与负荷的定义与构成364.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.1 得热与负荷的基本概念 冷负荷形成过程物体室外空气室内空气得热潜热显热对流得热辐射得热 Q空调冷冻 设备房间负荷得热：进入建筑的总热量，包括导热、对流、辐射、直接空气交换/HG(n)空调负荷：维持环境空调去除或加入的冷量或热量/CL(n)除热量： 房

18、间非稳定工况下实际由空调系统除去的热量/HE(n)比例f (热源性质)表4-15蓄热比例f (建筑热工特性、作用形式)压缩机功率除热量（空调送风方式）与得热比较有衰减和延迟37室内热源得热 室内热源对流得热热源向空调辐射板的辐射热源向壁面的辐射室内热源得热分解：4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.1 得热与负荷的基本概念 冷负荷形成过程38冷负荷 排除的对流热得热+潜热+空气的焓值增值室内热源对流得热 壁面对流得热潜热 渗透得热房间空气的热平衡关系空调送风方式负荷4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.1 得热与负荷的基本概念 冷负荷形成过程稳定时其量物理意义?39q实际冷

19、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4.2.1 得热与负荷的基本概念 建筑蓄热特性对冷负荷的影响谐波扰量阶跃扰量得热量？蓄热量？冷负荷？除热量？新概念40的发展过程当量温差法谐波分解法美/1946苏/50年代得热=负荷反应系数法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得热负荷我国根据不同对象推荐采用：冬季,内围护结构冷负荷外围护结构冷负荷室内冷负荷窗户日射冷负荷4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.1 得热与负荷

20、的基本概念 负荷计算方法与模拟软件41 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，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度的波动值（如冬季负荷计算、夏季内墙负荷计算等）4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.2 稳定计算方法 42第三类边界条件：太难求解了！非均匀板壁的不稳定传热:其中内表面长波辐射： 积分变换法基本原理(1)4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.3 非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 43积分变换法基本原理(2)对于常系数的线性偏微分方

21、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。B域：问题容易求解对函数进行积分变换求解A域：问题难以求解对函数解进行积分逆变换获得解4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.3 非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 如何选用？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44拉普拉斯变换的解形式：传递矩阵或s-传递函数传递函数问题的解积分变换法基本原理(3)4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.3 非透明体围护

22、结构冷负荷及谐波反应系数法 系统Input(t)Output(t)45叠加单元扰量 扰量单元扰量响应响应分解拉普拉斯变换：热传递过程是线性定常系统傅立叶变换：扰量周期变化Z变换：扰量非规则变化扰量扰量Input()室外参数三角波分解谐波反应法叠加条件：线性定常系统传递函数冷负荷系数法积分变换法基本原理(4)46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。典型扰量输入：室外空气温度，输出：室内壁温反应系数法(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

23、加获得室内负荷。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：室内负荷积分变换法基本原理(5)4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.3 非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 47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n、n围护结构对n阶综合温度扰量传至内表面的衰减度及相位延迟时间，定义：对于谐波叠加的室外(综合)空气温度：如用振幅表示：谐波反应法(3)多阶谐波4.2.3 非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 48壁面得热分解：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

24、辐射设备的辐射 本壁面向其他壁面的长波辐射Qcond谐波反应法(4)得热负荷的过程4.2.3 非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 49双向(谐波)变化叠加计算稳定传热：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： 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；理论计算得到（见4.1.2）。（传入室内的得热量）谐波反应法(4)得热计算4.2.

25、3 非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 50谐波反应法(5)负荷计算室外空气综合温度扰量房间得热房间负荷墙体衰减延迟房间衰减延迟n、nn、nNo.1451外表面太阳吸收系数房间的衰减与延迟负荷温差n, n 冷负荷温度谐波反应法(6)工程简便计算方法4.2.3 非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 n, n 52软件名功能负荷计算方法条件DOE-2（美）全年逐时能耗模拟反应系数法恒物性ESP（英）建筑、设备系统能耗有限差分法变物性EnergyPlus（美）建筑、设备系统能耗传递函数法(反应系数法)恒物性HASP(日本)建筑、设备系统能耗热平衡法恒物性DeST(中)建筑、设备系统能耗状态空间

26、法恒物性 其他还有：BLAST （美） 、NBSLD （美） 计算机模拟分析软件概况4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.3 非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 53 DOE-2 (Design of Experience)由美国能源部主持，美国 LBNL开发，于1979年首次发布的建筑全年逐时能耗模拟软件，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反应系数法，假定室内温度恒定，不考虑不同房间之间的相互影响。 EnergyPlus美国LBNL 90年代开发的商用、教学研究用的建筑热、光模拟系统软件。

27、采用的是传递函数法（反应系数法）。计算机模拟分析软件概况54 ESP-r (Energy Simulation Program for Research) ESP(ESP-r)是由英国Strathclyde大学的能量系统研究组19771984年间开发的建筑环境与设备系统能耗动态模拟软件。负荷算法采用的是有限差分法求解一维传热过程，而不需要对基本传热方程进行线性化，因此可模拟具有非线性部件的建筑的热过程，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。 HASP (Heating,Air-conditio

28、ning and Sanitay Engineering Program) 日本1971开发，采用热平衡方法动态计算负荷，强化建筑并考虑系统的能耗模拟软件。z计算机模拟分析软件概况55 DeST (Designers Simulation Toolkit) 90年代清华大学开发的建筑与HVAC系统分析和辅助设计软件。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：状态空间法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，因此可处理多房间问题。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

29、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。但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，不能处理相变墙体材料、变表面换热系数、变物性等非线性问题。z分阶段计算机模拟分析软件概况56日射得热温差传热得热得热分析：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4.2.4 半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法半透明体围护结构得热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=I57定义：日射得热因数处理方法：先解标准玻璃得热，其他玻璃则采用修正系数半透明体围护结构得热工程处理：定义标

30、准玻璃标准玻璃：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Ds58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年代流行丰富色彩。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世纪流行映射景色。吸热玻璃与反射玻璃比较玻璃温度： 31.439.536.8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 0.0

31、75 0.15 0.45 0.31 0.09 0.40 0.60 0.46 0.30 0.10 0.32 0.38 0.22 0.600.40 4.2.4 半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法玻璃面发展及其节能特性59low-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。4.2.4 半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法玻璃面发展及其节能特性604.2.4 半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法玻璃面发展及其节能特性可见光冬季型

32、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 中 低 low-e玻璃 低 低 低近红外线可见光紫外线长波红外线透过率高中内镀非常薄但又耐久的镀银薄层。 20世纪80年代盛行节能玻璃。夏季东西向617030透过：100打开的窗户仅内窗帘19对流：4透过：77816mm普玻透过：19对流：32反射：4951反射对流6mm+内百叶82对流：8透过：1018反射对流外百叶+ 6mm各种遮阳及遮挡的日射得热比较降低通过玻璃门窗传入室内热量的措施4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.4 半透明体围护结构得热与负荷及其节

33、能方法62有效面积系数地点修正系数降低通过玻璃门窗传入室内热量的措施4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.4 半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法玻璃的遮阳系数(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63降低通过玻璃门窗传入室内热量的措施4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.4 半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法通风窗、双层通风玻璃幕墙 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 式吸热后产生烟囱效应自然机械通风排热改善窗际微环

34、境原理：节能64通风双层玻璃窗，内置百页呼吸式玻璃幕墙：65a)外立面 b)通风换气层图4-29 双层通风玻璃幕墙降低通过玻璃门窗传入室内热量的措施双层通风玻璃幕墙 66半透明体围护结构负荷计算方法4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.4 半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法扰量得热得热扰量负荷 传导负荷 日射负荷 经过了什么部件被衰减和延迟了? 67负荷温差：与什么因素有关？玻璃窗日射冷负荷玻璃窗传导冷负荷n, n 降低通过玻璃门窗传入室内热量的措施4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.4 半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法工程处理：日射负荷强度=日射得热日射负荷系

35、数n, n 68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：按最不利情况计算，不考虑 因阴影面而引起的得热减少。降低通过玻璃门窗传入室内热量的措施4.2 房间冷负荷的形成及其计算方法概述4.2.4 半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法外遮阳阴影面处理69冷负荷系数法原理4.2.5 冷负荷系数法与室内负荷室内热源简化基本思想：扰量系数室内热源设备：冷负荷系数HG(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，与建筑热特性有关。70

36、冷负荷系数求解原理图（照明负荷）135791113151719第1小时第2小时第3小时第4小时时刻/h00.20.40.60.81135791113使用时数=1h得热：扰量负荷：响应热量比例时刻/h00.20.40.60.81135791113151719第1小时第2小时时刻/h负荷q冷负荷系数的简便计算4.2.5 冷负荷系数法与室内负荷71 QTZ00T图4-31周期性阶跃扰量作用示意L冷负荷系数的简便计算4.2.5 冷负荷系数法与室内负荷q72 计算基数：输入功率N（电动设备安装功率）/kW注意计算时应考虑： n1利用系数(最大实耗功率与安装功率之比) ； n2同时使用系数； n3负荷系数

37、(实耗功率与最大实耗功率之比) ； n4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热设备、电动设备/考虑电动机效率工艺设备电动机得热计算式/W电动设备室内室内Q=1000n1n2n3N/室内Q=1000n1n2n3N室内Q=1000n1n2n3 (1- )N/电热设备室内Q=1000n1n2n3n4N室内负荷4.2.5 冷负荷系数法与室内负荷设备得热与负荷73人体显热潜热辐射热对流热对流热吸收热负荷水分蒸发：水分温度湿度得热室内负荷4.2.5 冷负荷系数法与室内负荷人体得热与负荷例4-1074谐波反应法的简化算法与冷负荷系数法形式一致。不能分析变物

38、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：对墙体内表面之间的长波辐射作了简化处理，给定比例忽略了透过玻璃窗日射落在墙内表面上的光斑的影响热源对流和辐射比例给定，与墙表面角系数给定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。积分变换法/两种积分变换法总结4.2.5 冷负荷系数法与室内负荷75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不可忽略。理论求解方法：网络

39、平衡法，数值求解网络平衡法原理： 工程应用：压差法、缝隙法、换气次数法 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4.2.6 通风渗透负荷76指数孔口出流渗流(流道细小)门窗渗透n0.511/1.5风压正压空调热压下部渗入上部渗出高层建筑夏季冬季负压渗入正压渗出负压空调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压差高大空间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起因现象影响因素方法多开

40、口？4.2.6 通风渗透负荷计算方法分析77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。湿表面散湿量：教材式(4-121)式中： P水表面温度下的饱和空气的 水蒸 汽分压力 P空气中的水蒸汽分压力 B当地实际大气压； F水表面蒸发面积； 蒸发系数；=0+13.07108v 4.3 室内湿环境的形成4.3.1 室内湿源及其散湿量78(1)湿表面散湿量：4.3 室内湿环境的形成4.3.1 室内湿源及其散湿量（2）若蒸发过程是一个绝热过程， 则室内的总得热量并没有增加。空气向水传递的热量为 Q=F（trtrs） 式中：tr、trs 分别为空气干球温

41、度、湿球温度 这些热量全部用于水分的蒸发，湿地面的散湿量为： W=Q/r 式中，r水的汽化潜热，2450kJ/kg； W=0.006(trtrs)F kg/h79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：教材式(4-121)符号见教材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4.3.1 室内湿源及其散湿量人体80围护结构传湿与传热具有相似性，其蒸汽

42、渗透量(湿负荷)为：4.3 室内湿环境的形成4.3.2 墙体传湿及计算81每层界面上温度： 每层界面上水蒸汽分压力：4.3.2 墙体传湿及计算在稳定条件下从围护结构内表面算起，1.计算第n层材料层外表面的温度。2.由计算出的温度查表对应出第n层材料层的饱和压力。3.计算在稳定条件下从围护结构内表面算起，第n层材料层外表面的水蒸汽分压力。4.如图：作出饱和水蒸气压力和实际水蒸气压力曲线。82每层界面上温度： 每层界面上水蒸汽分压力：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

43、室内湿环境的形成4.3.2 墙体传湿及计算83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，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：“进难易出”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4.3.3 围护结构结露及其防治例4-11va vbpwPb水汽方向CBApn大Rv材料84 人

44、体对热湿环境的反应教材第四章内容85S0S0S=0人体体温生理特征 肝脏：最高，38 皮肤：与外界环境有关 各部分温差不会太大 日夜有1以内的波动 代表温度：核心温度4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.1 热湿环境中的人体生理学基础生理特征蓄热1586人体体温的表示核心温度下丘脑部位处皮肤温度易测的代表温度表4-38直肠温度平均温度(在热环境中) (在冷环境中)人体体温生理特征4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.1 热湿环境中的人体生理学基础87人体的正常温度人体体温生理特征4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.1 热湿环境中的人体生理学基础HotCol

45、d38 oC32 oC人的正常体温：36.5人的皮肤表面温度为： 33.3?88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热感受器位于皮肤表面下0.3-0.6mm冷感受器位于皮肤表面下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 冷热感受系统4.4.1 热湿环境中的人体生理学基础人体热感受系统问题：为什么人对冷更敏感？冷感受器与热感受器在皮肤中的分布密度不同,冷感受器的数目多于热感受器89人体与非生物体的区别：人体的温度和散热量并不

46、完全由环境因素决定，在一定环境参数范围内人体的体温调节系统可以将人体的核心温度维持在一个适合于生存的较窄的范围内比较核心温度与设定值偏差生理反应=f(M)=f(活动量)静止:36.8;步行:37.4 ；慢跑:37.9;剧烈运动:39.5 ; 自调节控制系统4.4.1 热湿环境中的人体生理学基础人体的体温自调节控制系统90研究方法：心理学，研究感觉与刺激间的关系学科称为心理物理学。定义：人对周围环境“冷”“热”的主观描述。特点：尽管人描述环境的冷热，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。 “中性”的定义：不冷不热，人用于体温调节消耗

47、的能量最小。度量：感觉不能用任何直接的方法测量。热感觉4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.2 热湿环境中的人体心理学基础几个概念91皮肤温度变化率对冷/热阈的作用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热感觉4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.2 热湿环境中的人体心理学基础92实线暖阈、凉阈虚线感觉变化阈皮肤感觉与适应温度以及变化量之间的关系这种感觉有皮肤冷热感的适应性决定的适应温度的变化/K适应温度/问题：环境温度30时，在什么情况下感觉暖？ 问题：环境温度36时，在什么情况下感觉凉？ 热感觉4.4 热湿环境中的人体

48、生理学和心理学基础4.4.2 热湿环境中的人体心理学基础93一只手浸入热水后的疼痛强度问题：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4847464543热感觉4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.2 热湿环境中的人体心理学基础描述人对热刺激的反应 94热舒适4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.2 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？95冷感觉一般情况取决于平均皮肤温度；热感觉最初取决于皮肤温度，而后取决于深

49、部体温；热舒适感是人体自身通过热平衡和感觉到的环境状况并综合起来获得是否舒适的感觉,由生理和心理综合决定.热舒适4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.2 热湿环境中的人体心理学基础标度表4-4096人体蓄热率人体能量代谢率人体产热率与室内相对湿度 有关与活动强度有关衣着主要影响因素:环境(t,v,tr)衣着活动量与表面温度 tr 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、气流风速有关热平衡方程4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.3 人体热平衡方程以及热舒适性描述97人体感到舒适的必要条件： S = 0人体感到舒适的充分条件： 人体

50、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，可以得到如下公式，即人体蓄热量S取决于6个因素的定量描述：P.O.Fanger热舒适方程人体正常的散热范围：热舒适方程4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.3 人体热平衡方程以及热舒适性描述98蓄热量不同时的生理现象4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.3 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。99

51、产能量(代谢率)进食体内化学反应等客观因素:活动强度/环境/性别/年龄/进食后时间长短/等主观因素:神经紧张程度等作机械功皮肤/服装/呼吸热交换环境热平衡与无生命物质能量平衡的主要区别单位 met：1 met = 58.2 W/m2，即成年男子静坐时的代谢率。成年男子BMR：46 W/m2 /0.8metBMR变化范围：1015。超过20为病态。影响因素基础代谢率/BMR 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测得人体能量代谢率M4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.3 人体热平衡方程以及热舒适性描述研究方法100人体能量代谢率MM

52、 = f (耗氧量、CO2排放量) = f (活动量)1met0.83km/h2.03.08.05km/h10km/h1.4一般室内运动代谢率多在5 met 以下 肌肉活动强度对代谢率起决定性的影响表4-42式4-1344.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.3 人体热平衡方程以及热舒适性描述定量方法表面积1.8m2,中国人的表面积1.51.8m2；101定义：人体的机械效率S=0时：C+R+E=(M-W)实际M计算空调负荷计算时：取0，即：W0偏安全计算人体所作的机械功W4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.3 人体热平衡方程以及热舒适性描述0.2102呼吸显热散热：皮

53、肤汗液蒸发散热：皮肤湿扩散散热：呼吸潜热散热；人体平均皮肤温度：皮肤呼吸人体总蒸发散热量E4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.3 人体热平衡方程以及热舒适性描述103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： 0.8 0.4 0.70.78 0.72 0.7人体外表面与外界的辐射换热量R4.4 热湿环境中的人体生理学和心理学基础4.4.3 人体热平衡方程以及热舒适性描述104tcl 可以通过联立求解人体外表面与周围环境空气的对流换热量C4.4 热湿环境

54、中的人体生理学和心理学基础4.4.3 人体热平衡方程以及热舒适性描述fcl 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：对流换热105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4.4.3 人体热平衡方程以及热舒适性描述舒适性方程及其影响因素M、W、ta、Pa、mrt、fcl、tcl、cl。 f(tcl，ta，va)f(ta，va，Icl ， fcl ，mrt，M)f(Icl )f(ta、a )ta、Pa(或)、mrt、 va 、 M、 Icl六个影响参数：106S= (M - W) 1.73 10-2 M (5.867 Pa ) 0.

55、0014 M (34 ta ) 3.05 5.733 0.007 (M W) Pa 0.42 ( M W 58.2 ) 皮肤扩散蒸发散热 汗液蒸发散热 fcl cl ( tcl - ta ) 3.96 10-8 fcl (tcl + 273)4 (mrt+ 273)4 对流散热 辐射散热 =TL=S=(M - W) (E CR) = 0 呼吸潜热呼吸显热散热达到热平衡时4.5 人对热湿环境的评价4.5.1 PMV-PPD指标及其影响因素舒适性方程PMVS PMV：客观物理量感觉主观定量PMV热感觉标尺+3热+2暖+1微暖0适中-1微凉-2凉-3冷表4-43107PMVPPD通过满意度描述由大量

56、试验获得PMV指标只代表了同一环境下绝大多数人的感觉，不能代表所有个人的感觉。PPD是通过概率分析确定某环境条件下人群不满意的百分数即便达到 PMV0，仍然有5的人不满意。PMV PPD4.5 人对热湿环境的评价4.5.1 PMV-PPD指标及其影响因素1084.5 人对热湿环境的评价4.5.1 PMV-PPD指标及其影响因素环境参数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222840650.3m/s冬季182430600.2m/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=

57、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： 109一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4.5.1 PMV-PPD指标及其影响因素环境参数平均辐射温度mrtmrtMean Radiation Temperature110 温度计 温包 涂黑的薄壁铜球 软木塞环境空气温度150mm黑球温度tg风速黑球温度4.5 人对热湿环境的评价4.5.1 PMV-PPD指标及其影响因素环境参数平均辐射温度mrt111单位1clo为静坐、ta=21、v

58、0.05m/s、50%时舒适所需衣服热阻。 1clo = 0.155m2K/W (衬衣+普通外套)人体衣着多少直接影响人体热平衡或者人体蓄热的多少。 1clo00.10.30.50.81.53.0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4.5.1 PMV-PPD指标及其影响因素2. 服装热阻Icl定量112特性 步速 3.7km/h1clo 0.48 clo前述Icl一般指显热热阻运动时：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坐姿热阻：椅子给人增加0.15 clo

59、以下的热阻 Icl = 7.48 10 5 CSAC 0.1湿润服装热阻：服装被汗湿 润后热阻会下降，显热换热加强，又增加了潜热换热，故总传热系数增加，总热阻下降，详见表4-46。4.5 人对热湿环境的评价4.5.1 PMV-PPD指标及其影响因素2. 服装热阻Icl16113PMV-PPD只适用于接近热舒适的状态；舒适程度由对热中性的偏移程度确定，与偏移的时间长短没有关系，与人体的热状态变化没有关系；PMV的计算是完全客观的，但指标的含义却是由主观感觉统计确定的。Fanger：PMV11(PPD27%)满意（被“采暖通风与空气调节设计规范” GB 50019-2003引用） ISO7330：

60、 PMV0.50.5（PPD10%）舒适4.5 人对热湿环境的评价4.5.1 PMV-PPD指标及其影响因素3. 热舒适状态下各影响因素之间的关联PMV-PPD特性1144.5 人对热湿环境的评价4.5.1 PMV-PPD指标及其影响因素3. 热舒适状态下各影响因素之间的关联应用调整参数获得最经济而又舒适的热环境图4-46图4-50设计及预测应用 设计参数(ta、a、 va、 mrt、 M、 Icl) 预测待建建筑室内热环境舒适性程度，并不断修改参数达到ISO。评价已有建筑热环境舒适性 对民用建筑进行民意测验室内热环境舒适性评价。1154.5 人对热湿环境的评价4.5.1 PMV-PPD指标及