建筑环境中的热湿环境课件

1、第四章 建筑环境中的热湿环境 得热量（Heat Gaie-HG）：是指某时刻在内外扰作用下进入房间的总热量我们就称之为该时刻的得热量。它通常包括显热和潜热两部分，其中显热通常是指对流得热（如内墙表面与室内空气之间的对流换热）和辐射得热（如室外太阳辐射通过窗玻璃进入到室内的热量）两部分。当得热量为负时，通常是指房间失去显热或潜热量。 外扰主要包括室外气候参数如室外空气温湿度、太阳辐射、风速、风向变化以及邻室的空气温湿度等均可通过围护结构的传热、传湿、空气渗透使热量和湿量进入到室内，从而对室内热湿环境产生影响； 内扰主要包括室内设备、照明、人员等室内热湿源的影响。 第一节 太阳辐射对建筑物的热作用

2、一、围护结构外表面所吸收的太阳辐射热 当太阳辐射照射到不同的围护结构外表面时，一部分会被反射，另一部分被吸收，二者比例取决于围护结构表面的特性，即表面材料吸收率和反射率的大小。被围护结构吸收的热量，通过导热导入室内而形成室内得热量。 在所有的建筑围护结构中，玻璃窗户的对太阳辐射的吸收和透射与其他表面有很大的差别，它也是太阳辐射能极大地影响室内环境的一个直接原因，下面我们就来看看太阳辐射通过玻璃窗户的传热过程。 玻璃对不同波长的辐射有选择性，对于可见光和波长为3微米以下短波红外线来说几乎是透明的，但它却能够有效的阻隔长波红外线辐射。虽然这部分长波的辐射能量在太阳辐射中所占的比例是非常小的。却也说

3、明了此时玻璃也仅只是一半透明体，理论上仍需计算出其对太阳辐射的吸收率、反射率和透过率。 第一节 太阳辐射对建筑物的热作用一、围护结构外表面所吸收的太阳辐射热 半透明物体的总吸收率为： 半透明物体的总反射率为： 半透明物体的总透射率为： 其中：0指射线单程穿过半透明体的吸收率；r为空气-半透明薄层分界面的反射百分比，其值与射线的入射角和波长有关，也与介质的性质即折射指数n有关。第一节 太阳辐射对建筑物的热作用一、围护结构外表面所吸收的太阳辐射热 当阳光照射到两层半透明薄层时，其总透射率、总反射率以及各层的总吸收率可用类似方法求出：总透射率为： 总反射率为： 第一层半透明物体的总吸收率为： 第二层

4、半透明物体的总吸收率为： 上述式中 1、2分别表示第一、二层半透明薄层的透射率；1、2分别表示第一、二层半透明薄层的反射率；1、2分别表示第一、二层半透明薄层的吸收率。第一节 太阳辐射对建筑物的热作用一、围护结构外表面所吸收的太阳辐射热 上列各式中射线通过薄层时的单程吸收率0取决于材料在对应波长的消光系数K（即单色减弱系数）以及射线在薄层中的行程L，而L又与入射角和折射系数有关。通常可用下式进行计算： 从以上说明可以看出：当入射角改变时，由于r、0均发生改变，从而导致半透明薄层的总吸收率、总反射率以及总透射率也发生改变。图4-6即反映了三者与入射角之间的关系。由图知：当阳光入射角大于60时，透

5、射率会急剧下降。 第一节 太阳辐射对建筑物的热作用二、室外空气综合温度 室外墙体除与周围大气进行对流换热外，还接受太阳辐射（包括太阳直接辐射、天空散射辐射、地面反射辐射），同时还与周围常温物体发生只有长波红外线的辐射（包括大气长波辐射、地面长波辐射和环境表面长波辐射等）换热，墙体得热应为此三者之和，即单位面积外表面的得热为： 上式中的假设温度tz在计算换热时，不仅考虑了对流换热，同时也考虑了室外墙体与太阳辐射、环境长波辐射的换热，显然它也方便了计算，它并非是室外真实的气体温度，而是为了计算方便而引入的一个当量的室外温度，这个温度我们习惯上称之为室外空气综合温度，其表达式为： 当与周围环境的长波

6、辐射相对较小 ，则上式可简化为： 第一节 太阳辐射对建筑物的热作用三、夜间辐射 由于夜间无太阳辐射，建筑物与周围物体和天空的长波辐射在这里是不可忽视的，否则可能导致热负荷计算偏低。 上述式中的长波辐射QL也可称为夜间辐射或有效辐射。若仅考虑墙体对天空的大气长波辐射和对地面的长波辐射，则通常可由下式估算： 由于影响角系数x的因素很多，x很难求出，故长波辐射QL往往采用经验值。最常见的取值方法为： 对于垂直表面近似取QL=0 对于水平表面取QL/out=3.54.0C 第二节 建筑围护结构的热湿传递 一、通过围护结构的显热得热 1.通过非透明围护结构的热传导分析 通过非透明围护结构传入室内的热量通

7、常包括两部分： 通过室外空气与围护结构外表面的对流换热而后传入室内的热量； 太阳辐射作用于墙体外表面后通过墙体导入室内的热量。 另外因围护结构内的传热量和温度波与外扰幅度之间存在着时间的延迟性和振幅的衰减性，故非透明围护结构的热容大小，直接影响着其保温或隔热能力，通常热容越大，即墙体越重，房屋的隔热保温就越好，即房子就 “越冬暖夏凉”。 第二节 建筑围护结构的热湿传递一、通过围护结构的显热得热 1.通过非透明围护结构的热传导分析 墙体、屋顶等建筑构件的传热过程应该是一个非均质板壁的一维非稳态导热过程，同时令x=0为围护结构的外侧，x=为围护结构的内侧，初始时刻墙体的温度分布为f（x），此时描述

8、墙体热传导的完整数学描述如下： 式中：a(x)-墙体材料的导温系数 ；Qsolar-围护结构外表面接受的太阳辐射热量； QL-围护结构外表面接受的长波辐射热量； Qsh-围护结构内表面接受的短波辐射热量，如进入室内的日照等； Ql-围护结构内表面向其它表面发射的长波辐射量的总和。 第二节 建筑围护结构的热湿传递一、通过围护结构的显热得热 1.通过非透明围护结构的热传导分析 一般情况下，因室内各内表面之间的温差不大，室内各表面之间的长波辐射是可忽略不计的。只有当室内各表面之间存在较大的温差时，长波辐射的作用就必须予以考虑，此时设有m个内表面，对其中任一表面i则有： 式中ij为i、j两内表面间的系

9、统黑度。 一般室内空气温度因是受控温度，较易已知，对室外而言，由于太阳辐射等较复杂，常用室外空气综合温度来替代前式中围护结构外侧的空气温度，于是室外侧边界条件又可写成：第二节 建筑围护结构的热湿传递一、通过围护结构的显热得热 1.通过非透明围护结构的热传导分析 当已知导温系数a随x变化的规律后，严格来说通过数学方法就可以解出墙体的温度场t(x,)，再据傅立叶导热定律可求出通过非透明围护结构实际传入的导热量Qenv： 由于求解上述方程非常复杂，甚至在理论上有时无法进行，通常采用数值求解的方法来求围护结构的温度分布，进而求出导入的热量。图4-10是在室温恒定、未考虑太阳辐射作用条件下，对一道板壁内

10、温度随室外气温变化的数值求解结果。从图中可以看出，当室外空气温度发生变化时，围护结构各处温度随室外空气温度的变化在时间上均依次有一定的滞后，振幅依次衰减，距外表面距越远，滞后时间就越长，波幅衰减就越厉害。第二节 建筑围护结构的热湿传递一、通过围护结构的显热得热 2.通过非透明围护结构的得热 由于室外气象和室内空气温度对围护结构的影响比较清楚，但室内长波和短波幅射扰动的作用比较复杂，需要了解各内表面间的角系数和实际表面温度等问题，在有些室内长波和短波幅射不能够被忽略的实际问题上，求解非常复杂，因此常把室外条件和室内扰动的作用分开来进行分析。 将内边界条件式中的长波辐射部分进行线性化分解，则有：

11、设t1为由于室外气象条件和室内空气温度决定的围护结构内部温度的分布，t2表示由于室内辐射内扰造成的内部温度的增量，则非透明墙体导热的数学描述可写成如下形式：第二节 建筑围护结构的热湿传递一、通过围护结构的显热得热 2.通过非透明围护结构的得热 第二节 建筑围护结构的热湿传递一、通过围护结构的显热得热 2.通过非透明围护结构的得热 当室内无任何长波和短波辐射影响时，上式可变成只有室外气象条件和室内空气温度影响的温度场描述，即： 若室内存在长波和短波辐射，由此带来的围护结构温度分布在上式基础上的增量t2为：第二节 建筑围护结构的热湿传递一、通过围护结构的显热得热 2.通过非透明围护结构的得热 上述

12、两组方程组中，由前一组得出的导热量为在单纯室外气象条件和室内空气温度作用下，通过围护结构的得热，记为HGw： 求得的得热量可看作是：在实际条件（有室外气象条件、室内气温、室内的长短波辐射共同影响）下的得热量Qenv与理想条件（仅有室外气象条件和室内气温影响）下的得热量HGw之差，可表示为： 我们通常又将Qw称之为内表面辐射导致的传热量差值。当室内无短波热源射，则此差值即由长波辐射造成。 第二节 建筑围护结构的热湿传递一、通过围护结构的显热得热 3.通过玻璃窗的得热 通过玻璃窗玻璃壁导入的得热 因玻璃的导热系数较大，其热惰性很小，此时的得热计算通常可用稳态传热的方法进行，据传热方程有：透过玻璃窗

13、的太阳辐射得热 如图4-11所示，太阳辐射照在窗玻璃表面时，一部分被反射，此部分不构成室内得热；一部分透入室内，此部分全部构成室内得热；还有一部分被窗玻璃吸收而使壁面温度升高，此部分中只有部分以辐射和对流换热的形式将热量传入室内，从而构成得热，另一部分传给室外而不构成得热。第二节 建筑围护结构的热湿传递一、通过围护结构的显热得热3.通过玻璃窗的得热 透过玻璃窗的太阳辐射得热 吸收后传入室内的哪一部分得热一般有两种计算方法：一是作为玻璃板壁导入室内的得热的一部分，即在部分的计算式中用室外空气的综合温度替代室外空气温度进行计算； 二是将这部分得热看作是透过的太阳辐射的一部分，计入太阳透射得热中。

14、透过单位面积窗玻璃的太阳辐射得热为： 玻璃吸收的热量中传入室内成为得热的哪部分热量为（假定玻璃吸热后温度均匀分布）： 第二节 建筑围护结构的热湿传递一、通过围护结构的显热得热3.通过玻璃窗的得热 透过玻璃窗的太阳辐射得热 由于玻璃品种繁多且厚度不同，为简化计算，常以某种品种且一定厚度的玻璃作为标准透光材料，取其在无遮挡条件下的太阳得热量作为标准太阳得热量（Standard Solar heat Gain），用符号SSG来表示。若采用其它品种或厚度的玻璃，或有遮阳设施时，对标准太阳得热量SSG进行不同修正即可。目前我国、美国和日本均采用3mm厚普通窗玻璃作为标准透光材料，英国以5mm厚窗玻璃作为

15、标准透光材料。 据上述两式，入射角为i时标准玻璃的太阳得热量为： 式中：g-为标准太阳得热率 第二节 建筑围护结构的热湿传递一、通过围护结构的显热得热3.通过玻璃窗的得热 透过玻璃窗的太阳辐射得热 在有遮阳设施时，外遮阳设施可以反射、吸收和透过部分阳光。只有透过部分的阳光才会投入窗玻璃的外表面，且只有其中的一部分可能形成冷负荷。内遮阳设施虽同样可反射掉部分阳光，但吸收和透过的部分均变成室内的冷负荷，仅对得热的峰值起延迟和衰减作用。 对标准太阳得热量用玻璃本身的遮挡系数Cs和遮阳设施的遮阳系数Cn等进行修正，即可得到透过玻璃窗的实际太阳得热量，它通常用下式进行计算：式中：Xglass-玻璃窗的有

16、效面积系数，一般单层木窗取0.7，双层木窗 取0.6，单层钢窗取0.85，双层钢窗取0.75； Xs-阳光实际照射面积比，即窗上光斑面积与窗面积之比，可通 这几何方法算出；Fwindow-窗面积； Cs、Cn-按表4-2、4-3选取。 第二节 建筑围护结构的热湿传递二、通过围护结构的湿传递 在稳态条件下，单位时间内通过单位面积围护结构传入室内的水蒸汽量与两侧水蒸汽的分压力差成正比，即： 式中：Pout、Pin分别为围护结构两侧的水蒸汽分压力，单位为Pa；Kv为水蒸汽的渗透系数，单位为kg/（N.s）或s/m,可按下式计算： 式中：in、out、a分别表示围护结构内外表面和墙体中封闭的空气间层的

17、散湿系数（相当于对流换热系数），单位为kg/（N.s）或s/m；参见表4-4；vi为第i层材料的蒸汽渗透系统（分子扩散系数，相当于导热系数），单位为kg.m/（N.s）或s，参见表4-4；为第i层材料的厚度，单位为m。 第二节 建筑围护结构的热湿传递二、通过围护结构的湿传递 当围护结构两侧空气温度不同，围护结构内会形成一定的温度分布，此时在稳态条件下，第n层材料的外表面温度为： 同理第n层材料外表面水蒸汽的分压力为： 当水蒸汽大量渗入墙内，使某一断面上水蒸汽的分压力大于该断面温度所对应的饱和水蒸汽分压力时，则此断面就会有水蒸汽凝结，见图4-12。若此断面温度低于0C，还将出现冻结现象，此时将导

18、致围护结构的传热能力增强，不利室内保温和节能，并加速围护结构的损坏。因此，我们在围护结构内设置蒸汽隔层或采用其它结构措施，以避免围护结构内部出现水蒸汽凝结或冻结现象，延长围护结构的寿命。第三节 以其它形式进入室内的热量和湿量 一、室内的产热产湿量 1.室内设备热源 2.室内湿源 室内热的湿表面：此设施与室内空气既有显热交换又有潜热交换。显热交换量取决于水表面与室内空气的传热温差和传热面积，可用传热学的有关知识进行计算，而散湿量可由下式求得：室内常温湿表面：其水蒸汽的蒸发所需热量，需吸收室内空气的显热，即传热学中的“绝热蒸发”，此时室内的总得热保持不变，仅部分显热负荷转化为潜热负荷。室内蒸汽源：

19、 3.人体的散热和散湿： 第三节 以其它形式进入室内的热量和湿量 二、空气渗透带来的得热 在冷热负荷计算中，通常以渗入的空气量作为计算的依据。由于门窗种类繁多，流速多介于一次流与二次流两者之间，故一般取上述两情况的中间值，即： P1/1.5 通过门窗缝隙的空气渗透量可用下式计算： La=Fcrack=alP1/1.5=FdP1/1.5 m3/h 式中：l为门窗缝隙长度；Fd为当量孔口面积，且有Fd=al；a为实验系数，大小与门窗的缝隙宽度即门窗气密性有关，其取值见表4-7。空气渗透量起决定性作用的因素是室内外压力差的，一般压力差为风压和热压所致。 夏季时由于室内外温差比较小，风压是造成空气渗透

20、的主要动力。 在冬季，如果室内有采暖，则室内外存在比较大的温差，热压形成的烟囱效应会强化空气渗透 ，底层房间的热负荷明显要高于上部房间的热负荷。 第三节 以其它形式进入室内的热量和湿量 二、空气渗透带来的得热 1.缝隙法 在给出各种条件下单位长度缝隙的平均空气渗透量，不同地区的不同主导风向的情况下，给予不同朝向的门窗不同的修正值，求得房间的空气渗透量La： La=klal m3/h 式中 la-单位长度门窗缝隙的平均空气渗透量，单位为 m3/（hm），数值可根据表4-8查得； l-窗缝隙的总长度 k-主导风向不同时的修正系数，考虑到了不同风 向、风速和频率等因素对空气渗透量的影响， 由表4-9

21、查取。 第三节 以其它形式进入室内的热量和湿量 二、空气渗透带来的得热2.换气次数法 当采用缝隙法缺乏上述等有关数据时，可通过换气次数这种估算方法求得空气渗透量。即： La=nV 式中：n为换气次数，可由表4-10查得；V为房间容积。当考虑室外风速和室内外温差影响时，可用下式计算： n=a+b+c（tout-tin） 式中：为室外风速，a、b、c为计算系数，由表4-11查得。 第四节 冷负荷与热负荷一、负荷的定义 1.冷负荷：是指为维持一定的室内热湿环境，在单位时间内需要从室内除去的热量。包括显热负荷和潜热负荷两部分，或称作显热负荷与湿负荷两部分。2.热负荷：是指为维持一定的室内热湿环境，在单

22、位时间内需要向室内加入的热量。同样包括显热负荷和潜热负荷两部分。 3.注 意：冷热负荷的大小与除去或补充热量的方式有关。如：常规空调采用送风方式来维持室内一定的空气温湿度，因此需要除去仅仅就只是进入到空气中的得热量。如果采用辐射板空调，所维持的不仅仅是空气的参数还要维持一定的室内平均辐射温度 ，此时的冷负荷就包括需要除去的进入到空气中的热量和贮存在热表面上的热量两部分。 第四节 冷负荷与热负荷二、负荷与得热的关系 一般来说，潜热得热会直接进入室内空气，形成瞬时冷负荷，但若考虑到围护结构内的装修和家具的吸湿和贮湿作用，潜热得热也会存在延时。 渗透空气的得热会直接进入到室内空气中，成为瞬时冷负荷。

23、通过玻璃窗进入室内的辐射得热首先会被室内各表面吸收和贮存，当这些表面温度高于室内空气温度时，就会将热量以对流换热的形式释放到空气中，从而形成瞬时冷负荷。通过围护结构导热进入到室内的得热，有一部分立即通过对流换热方式进入到室内空气中，另一部分热量会以长波辐射的形式传给室内其他表面，提高其他表面的温度，当这些内表面的温度高于室内空气温度时，就会将热量以对流换热的形式释放到室内空气中，成为瞬时冷负荷。 第四节 冷负荷与热负荷二、负荷与得热的关系 室内热源散发显热的形式一般包括对流和辐射两种。对流得热部分立刻进入到室内空气中成为瞬时冷负荷，而辐射得热部分首先会传递到室内各表面，提高这些表面温度，再以对

24、流换热形式将热量释放到空气中，成为瞬时热负荷。因此，在大多数情况下，冷负荷与得热量有关，但并不等于得热量。 若热源只有对流换热，围护结构各内表面与室内设施的内表面温差都很小时，则冷负荷基本等于得热量 。若存在长波辐射，由于各围护结构内表面和家具的蓄热作用，冷负荷与得量之间就存在着相位差和幅度差，冷负荷对得热响应一般都有延迟性，幅度也有所衰减。 第四节 冷负荷与热负荷三、负荷与得热关系的数学表达 以室内冷负荷为例。假设房间空气从室内各内表面、热源和渗透空气获得对流热，空调设备排出空气中和房间各内表面的热量，同时为了求解的方便，仍然把仅由室外气象参数和室内空气参数决定的围护结构得热作为围护结构得热

25、，把由于内表面长波辐射造成的内表面蓄热部份分开考虑，于是可以列出房间空气的热平衡关系如下： 除去的对流热+空气的显热增值=室内热源对流得热 +壁面对流得热+渗透得热 其中：室内热源对流得热=室内热源得热-热源向空调辐射板 的辐射-热源向壁面的辐射 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-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-本壁面向热源的辐射 第四节 冷负荷与热负荷三、负荷与得热关系的数学表达 若将上述三个公式用数学方式表达，则有： 若对辐射项进行线性化，引入辐射换热系数，式4-52可写成： 由式4-33 Qenv,i=HGw,i+Qw,

26、i，且线性化辐射项，则式4-53可写成： 第四节 冷负荷与热负荷三、负荷与得热关系的数学表达 将式4-54和4-55代入式4-51并整理得： 上式中 ： 且上式中由于各内壁面间的相互长波辐射之总和为零（即处于稳态）： 同时有各表面向空调辐射装置的辐射热相当于辐射空调装置排除的辐射热，于是有： 将式4-57代入式4-56有： 第四节 冷负荷与热负荷三、负荷与得热关系的数学表达式中：Qenv,i-通过围护结构的导热，见式（4-21） Qcl,conv-对流冷负荷，W； Qair-空气显热增值,W； Qw-内表面因辐射而导致的传热量差值，见式4-33，W； Qsh-落在壁面上的短波辐射热，W； HG

27、-得热，W； r-辐射换热系数，W/K 其中下标：H表示热源，cl表示冷负荷，conv表示对流，infil表示渗透，solar表示太阳辐射，w为壁面，P为辐射板，i为墙内表面序号。 式左侧为总冷负荷，右侧前四项为各种得热，后两项为内表面辐射导致的传热量差值及空气显热的增减，这两项正好反映了房间总得热量与总负荷的差值。 第五节 典型负荷计算方法原理介绍 为了达到能够在工程设计中实际应用的目的，研究人员在开发可供建筑设备工程师在实际中使用负荷求解方法方面进行了不懈的努力。这方面的发展大致分为三个阶段： 第一阶段可称为稳定传热计算时期 ：1911年被称为“空调之父”的美国人Willis H.Carr

28、ier(1876-1950)发表了合理的温湿度公式和绝热饱和理论。 第二阶段准稳态传热计算时期：以1946年美国的C.O.Mackey和L.T.Wight发表当量温差法为标志开始了第二阶段 。 第三阶段为动态负荷计算时期 ：自1967年加拿大的D.G.Stephenson和G.P.Mitalas发表反应系数法开始直至现在。1971年Stephenson和Mitalas又用Z传递函数改进了反应系数法，并产生了适合手算的冷负荷系数法。 第五节 典型负荷计算方法原理介绍-一、稳态传热计算法 1.具体方法：直接采用传热方程Q=KFT来求负荷。室外温度根据需要既可用室外气温，也可用室外空气综合温度。 2

29、.优点：方法非常简单直观，可直接进行手工计算或估算。 3.缺点：所求得的冷热负荷数值往往偏高 。4.尚可采用的场合： 蓄热性能不强的轻型、简易围护结构的传热过程，且在缺乏参考数据时，可用此方法进行近似的估算；室内外温差的平均值远远大于室内外温差的波动值，即温差的波动值相对于温差而言很小以至可忽略时，采用此方法误差也小，在工程设计中可以被接受。如我国北方的冬季采暖负荷计算时即用此方法，计算式如下 ： Qhl=KwFw（t0-tin）5.不能采用的场合：室内外温差波动较大的时候，如夏季冷负荷计算。 第五节 典型负荷计算方法原理介绍二、积分变换计算法 积分变换的概念是把函数从一个域中转移到另一个域中

30、，在新的域中，函数呈现较简单的形式，因此可以求出解析解。然后再对求得的变化后的方程解进行逆变换，获得最终的解。 当自变量的变动区间为半无穷区间（0，+），且边界条件已经给出自变量为0时（在此即当时间为0即初始时刻时）的函数数值，以及低于方程阶数的各阶导数数值时，可采用拉普拉斯变换，即把时间阈变换到一个S复数阈中。 对于普通材料的围护结构的传热过程可采用线性常系数偏微分方程描述，采用传递函数求解是可行的。但对于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。 第五节 典型负荷计算方法原理介绍二、积分变换计算法 拉普拉斯变换求解获得的是一种传递矩阵或-传递

31、函数的解的形式，即以外扰（如室外温度变化或围护结构外表面的热流量等）或内扰（如室内热源散热量等）作为输入I（），系统的输出量O（）为板壁表面热流量或室内温度的变化，则传递函数G（s）可表示为： 式中：I（s）和O（s）分别为输入量I（）和输出量O（）的拉普拉斯变换。传递函数G（s）由系统的本身特性决定，而与输入、输出量无关，即不同的输入，经系统响应后必有相应不同的输出。 另外，若已知系统的传递函数G（s），且已知输入I（），则对I（）作拉普拉斯变换得I（s），再据上式即可得O（s），再对O（s）作拉普拉斯的逆变化，即可得到输出O（），若设I（）为室外气温的变化，O（）为室内墙表面的温度分布，如

32、此即根据传递函数就可得到室内墙面温度随室外气温变化的规律。 第五节 典型负荷计算方法原理介绍二、积分变换计算法 由于系统的传递函数只取决于系统本身的特性，故仅由围护结构的物性和传热方程就可求出结构的传递函数。但从输入的各边界条件或初始条件来看，均难以用简单的函数来描述，所以难以直接用传递函数来求得输出函数，即因输入量未知或太过复杂，很难求出输出量。但由于线性定常系统具有下面两个特征：当输入扰量作用的时间改变时，输出响应在时间上相应产生同向、同量的变化，但输出响应的函数不会改变；利用叠加原理可对输入的扰量和输出的响应进行分解和叠加。 可把输入量即边界条件和初始条件进行分解成为离散的简单函数，将这

33、些简单的函数分别作为输入，由这些输入量产生的响应即输出函数也应该呈简单函数的形式，然后再把这些响应进行叠加，就可以得出实际输入量连续作用下系统的响应输出量。 第五节 典型负荷计算方法原理介绍二、积分变换计算法 故通常利用拉普拉斯变换求解围护结构的非稳态传热过程，需要经历三个步骤，即：边界条件的离散和分解；求系统对单元扰量的响应；将各单元扰量的响应进行叠加或叠加积分求和，从而求出输出量。 由此可知，对输入的边界条件等的离散方法不同，求解围护结构传热的方法也不尽相同 。第五节 典型负荷计算方法原理介绍二、积分变换计算法 目前对边界条件离散处理的主要方法有： 将呈周期性变化的边界条件利用傅里叶级数展

34、开。如把室外空气综合温度看成是在一段时期内，以为周期的不规则周期函数，利用傅里叶级数展开，就可以将其分解为一组以2/T为基频的简谐波函数，例如： 对于一年的室外空气温度的变化，也可展开为傅里叶级数，但需要截取比较高的阶数才能较好地逼近原函数。第五节 典型负荷计算方法原理介绍把边界条件离散为等时间间隔的、按时间序列分布的单元扰量。对于一条给定的扰量曲线，可以用多种方法离散。例如离散为等腰三角形波和矩形波，见图4-18。由于这种离散方式不需要考虑扰量是否呈周期性变化，因此适用与各种非规则的内外扰量的离散。 根据上述输入扰量离散方法的不同，产生了两种不同的负荷计算方法。即：基于傅里叶级数分解的谐波反

35、应法，基于时间序列离散的冷负荷系数法，这两种方法均可用来计算冷负荷。 第五节 典型负荷计算方法原理介绍二、积分变换计算法1.谐波反应法 若以室外空气综温度tz()作为输入扰量，墙壁内表面温度tin()作为输出响应为例，设An表示阶输入扰量单元正弦波的振幅，Bn表示输出响应单元正弦波的振幅，墙壁对该频率下扰量的衰减倍数n可定义为： 设墙壁对该频率下单元正弦波扰量的延迟时间为n，则墙壁内表面温度对阶单元正弦波扰量的响应tin,n()可表示为： 这种方法的关键是确定系统的衰减倍数n和延迟时间n。 n和n可通过系统的传递函数来求得。 第五节 典型负荷计算方法原理介绍二、积分变换计算法 1.谐波反应法

36、为了在手工计算中适当反应得热和冷负荷之间的偏差，又不能使手工计算过程太过复杂，通常只好把室内空气温度假设为固定值，并给出常规室内热源的对流和辐射热的比例，以及常规建筑空间（例如：高:宽:深1.0:1.2:1.5,外窗墙比=1:5）中常规热源对各内表面的辐射热量的分配比例。根据这些数据，给出常规建筑物对常规扰量各阶衰减倍数和延迟时间供工程设计人员计算负荷时使用。即便如此，这种计算方法仍嫌繁琐。 第五节 典型负荷计算方法原理介绍为进一步简化计算，通常把室外综合空气温度或室外空气温度近似认为以24小时为周期变化的函数，通过计算给出了典型材料和构造的外围护结构板壁对24小时为周期的外扰的衰减、延迟以及

37、传热系数并制成表格形式，同时针对不同衰减、延迟以及传热系数等热工性能的围护结构板壁列出在一定室内空气温度下的当量冷负荷温差t-，于是外围护结构的冷负荷可表示为： Qcl（）=KFt- （4-64） 如此就可以通过室外空气温度直接求得各时刻外扰通过外围护结构形成的冷负荷，而不必求得围护结构内表面温度响应或得热量。其冷负荷温差主要取决于室内外空气温差，而不是室外空气综合温度。 第五节 典型负荷计算方法原理介绍二、积分变换计算法 1.谐波反应法 室内热源、人员等内扰的冷负荷计算 ，工程上的简化求解方法是采用“冷负荷强度系数”来进行计算的，即将得热量乘以冷负荷强度系数就得出了当时的冷负荷: Qcl（）

38、=HG（0）JX-0 （4-65） 式中JX-0是负荷强度系数，-0是热源开始散热时刻0至计算时刻的时间间隔。 通过玻璃窗的太阳辐射也通过类似方法来解决，只不过此时把得热和负荷强度系数合并为负荷强度J（），即通过单位有效玻璃窗面积的太阳总辐射形成的冷负荷可用下式进行计算： Qcl（）=xgxdCnCsFJ（） （4-66） 式中xg、xd分别为窗的有效面积系数和地点修正系数，Cn、Cs分别为遮阳设施的遮阳系数和窗玻璃的遮挡系数，F为窗口面积，J()为当地玻璃窗的日射负荷强度。这些数据均可通过有关工具书查阅获得。第五节 典型负荷计算方法原理介绍二、积分变换计算法 2.冷负荷系数法 冷负荷系数法是房间反应系数法的一种形式。房间反应系数是一个百分数，它代表某时刻房间的某种得热量，在诸时刻后逐渐变成房间负荷的百分率。因此房间反应系数也被称为冷负荷权系数。 反应系数法是将随时间连续变化的扰量曲线离散为按时间序列分布的单元扰量；再求系统（板壁或房间）对单位单元扰量的响应，即所谓的反应系数；最后利用求得的反应系数通过叠加积分计算出最终的结果。 反应系数法先求得房间各时刻的得热量，再通过反应系数算出房间的冷负荷。而冷负荷系数法是将上述两步骤合二为一，直接从扰量求出房间的冷负荷。实际上冷负荷系数法只是房间反应