whut建筑节能1101课件汇总计算

7太阳辐射

1） 地球的运动与太阳

2） 地球表面上的太阳辐射强度

3） 太阳辐射的透过、吸收和反射

4） 室外空气综合温度

5） 透过玻璃窗的太阳辐射热量主要内容中国太阳能资源分布>6700MJ/m2.a5400-6700MJ/m2.a5400-6700MJ/m2.a<4200MJ/m2.a低值中心<3340MJ/m2.a高值中心<9200MJ/m2.a被动太阳能利用建筑设计短波辐射占很大一部分长波辐射升温7.1

地球的运动与太阳7.1.1地球的运动地轴与黄道平面的法线呈固定倾角，为23o27’。赤纬角，随公转发生变化春分3月21日冬至12月22日夏至6月22日秋分9月23日赤纬角：地球中心与太阳中心的连线与地球赤道平面的夹角地球绕太阳公转的轨道平面称黄道面,而地球的自转轴称极轴。极轴与黄道面不是垂直相交,而是呈66.5°角,并且这个角度在公转中始终维持不变日地距离公转一周的时间为365天5小时48分，即365.241天。太阳直径： 1.39×106km地球直径： 1.27×104km日地平均距离： 1.5×108km张角： 32分近似为平行光线赤纬角： 地球中心与太阳中心的连线与地球赤道平面的夹 角。简化计算公式如下：单位为角度制1）地球的自转与公转7.1地球的运动与太阳7.1.1地球的运动公转一周的时间为365天5小时48分，即365.241天。自转形成昼夜，公转形成四季，以北半球为例：冬至：12月21（22）日春分：3月21（22）日夏至：6月21（22）日秋分：9月21（22）日其中日期的变化是因为公转一周的时间不是整365天，需设置闰年而造成。2）四季的形成7.1地球的运动与太阳7.1.1地球的运动平均太阳时：即钟表时间，具有均匀性质。真太阳时： 以当地太阳位于正南向的瞬时为正午，地球自 转15度为1小时。时差：由于太阳与地球间的距离和相对位置随时间变化，以 及地球赤道与其绕太阳运行轨道所处平面的不一致， 致使真太阳时时快时慢。真太阳时与平均太阳时之间 的差值称为时差。时差计算公式：3）时差单位是分钟7.1地球的运动与太阳7.1.1地球的运动真太阳时计算公式：以角度表示的真太阳时，称为太阳时角，计算公式如下：东半球取正号，西半球取负号3）时差单位是角度制

引入时差、真太阳时等概念的目的是计算太阳时角，利用太阳时角可以确定太阳在天球上的位置。地区标准时间确定地区标准时间的位置经度，中国是东经120o当地的地理经度7.1地球的运动与太阳7.1.1地球的运动经线经线也称子午线，和纬线一样是人类为度量方便而假设出来的辅助线，定义为地球表面连接南北两极的大圆线上的半圆弧。任两根经线的长度相等，相交于南北两极点。每一根经线都有其相对应的数值，称为经度。经线指示南北方向。纬线纬线和经线一样是人类为度量方便而假设出来的辅助线，定义为地球表面某点随地球自转所形成的轨迹。任何一根纬线都是圆形而且两两平行。纬线的长度是赤道的周长乘以纬线的纬度的余弦，所以赤道最长，离赤道越远的纬线，周长越短，到了两极就缩为0。纬线指示东西方向。从赤道向北和向南，各分90°，称为北纬和南纬，分别用“N”和“S”表示。太阳方位角即太阳所在的方位,指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角,可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角太阳高度角是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角太阳高度角和方位角的概念7.1.2太阳在空间的位置太阳高度角和方位角的概念S法线太阳高度角太阳方位角（偏东为负，偏西为正）

7.1地球的运动与太阳倾斜面上与太阳辐射计算相关的角度南东水平面法线壁面倾角θ

太阳入射角i

天顶角z壁面法线太阳高度角h太阳方位角α壁面方位角γ

壁面太阳方位角ε

7.1.2太阳在空间的位置7.1地球的运动与太阳倾斜面上与太阳辐射计算相关的角度入射角对于水平面，

对于垂直平面，

7.1.2太阳在空间的位置7.1地球的运动与太阳7.2地球表面上的太阳辐射强度7.2.1太阳常数和光谱定义： 指太阳与地球之间为年平均距离时，地球大气层上 边界处，垂直于太阳光射线的表面上，单位面积单 位时间内来自太阳的辐射能量，以Io表示。I0=1367W/m21）太阳常数1）太阳常数大气层外太阳辐射强度随日期的变化

7.2地球表面上的太阳辐射强度7.2.1太阳常数和光谱2）太阳光谱太阳光谱辐射强度99％的能量集中在在0.28μm到5.0μm的波段之间。7.2地球表面上的太阳辐射强度7.2.1太阳常数和光谱7.2.2地球表面上的太阳辐射1）大气透明度I0I0x=lx=l’大气透明系数大气质量hpm为大气透明度

7.2地球表面上的太阳辐射强度2）晴天地球表面的太阳辐射强度直射辐射散射辐射总辐射总辐射＝直射辐射＋散射辐射7.2.2地球表面上的太阳辐射7.2地球表面上的太阳辐射强度2）晴天地球表面的太阳辐射强度总辐射直射辐射

散射辐射天空散射辐射

地面反射辐射

大气长波辐射

7.2.2地球表面上的太阳辐射7.2地球表面上的太阳辐射强度（a）太阳直射辐射强度的计算任意倾斜平面对于水平面对于垂直面7.2.2地球表面上的太阳辐射7.2地球表面上的太阳辐射强度2）晴天地球表面的太阳辐射强度

围护结构外表面接受的散射辐射包括三项：天空散射辐射、地面反射辐射、大气长波辐射，其中天空散射辐射为关键项。晴天水平面天空散射辐射

晴天倾斜面天空散射辐射

7.2.2地球表面上的太阳辐射7.2地球表面上的太阳辐射强度2）晴天地球表面的太阳辐射强度（b）太阳散射辐射强度的计算地面反射辐射大气长波辐射

7.2.2地球表面上的太阳辐射7.2地球表面上的太阳辐射强度2）晴天地球表面的太阳辐射强度（b）太阳散射辐射强度的计算任意平面水平面

7.2.2地球表面上的太阳辐射7.2地球表面上的太阳辐射强度2）晴天地球表面的太阳辐射强度（c）太阳总辐射强度的计算7.2.2地球表面上的太阳辐射7.2地球表面上的太阳辐射强度2）晴天地球表面的太阳辐射强度各种角度的计算大气透明度的计算水平面辐射计算倾斜平面辐射计算大气长波辐射和地面反射辐射计算3）昙日地面上的太阳辐射云量CC：CC≤2时，全晴天气，利用晴天计算公式进行计算

2<CC<8时，可能出现晴、多云、阴三种天气状态

8≤CC≤10时，多云、阴天昙日水平面总辐射强度：

昙日水平面直射辐射强度：

昙日水平面散射辐射强度：

7.2.2地球表面上的太阳辐射7.2地球表面上的太阳辐射强度1）利用日照时数估算太阳辐射7.2.3太阳辐射的其他估算方法（了解的内容）7.2地球表面上的太阳辐射强度

与的关系（南京市）1）利用日照时数估算太阳辐射7.2.3太阳辐射的其他估算方法（仅了解的内容）7.2地球表面上的太阳辐射强度

估算值与观测值的对比2）利用日温差估算太阳辐射7.2.3太阳辐射的其他估算方法（仅了解的内容）7.2地球表面上的太阳辐射强度3）利用神经网络估算太阳辐射7.2.3太阳辐射的其他估算方法（仅了解的内容）7.2地球表面上的太阳辐射强度第二章太阳辐射

1） 地球的运动与太阳

2） 地球表面上的太阳辐射强度

3） 太阳辐射的透过、吸收和反射

4） 室外空气综合温度

5） 透过玻璃窗的太阳辐射热量主要内容外窗能耗夜间辐射7.3太阳辐射的透过、吸收和反射Q反射率吸收率

透过率

全透明体白体黑体7.3.1不透明物体的吸收率

对不透明物体来说，其吸收率并非常数，由两方面条件确定：

1）物体自身的状况，如物性、温度和表面状况；

2）投入射线的波长和入射角。

选用物体的吸收率时，有以下三点须注意：1） 对于0.76μm-20μm的红外辐射，即热辐射，吸收率与辐 射能的波长无关，吸收率等于该物体的黑度；2） 对于0.38μm-0.76μm的可见光，物体表面颜色对可见光 的吸收具有强烈的选择性，吸收率并不等于黑度。3） 吸收率随入射角的改变而变化，变化规律因材料不同而 异。入射角越大吸收率越小。7.3太阳辐射的透过、吸收和反射7.3.2半透明物体对太阳光辐射的吸收、反射和透过…..7.3太阳辐射的透过、吸收和反射1）射线在不同介质分界面上的反射百分比12i1i2

按菲涅尔定律，任意角度反射百分比计算如下：

入射角为0o时，计算如下：

7.3.2半透明物体对太阳光辐射的吸收、反射和透过7.3太阳辐射的透过、吸收和反射2）射线通过薄层的吸收百分比i1i2吸收百分比

对于太阳光的主要波长范围，玻璃的消光系数K可认为恒定，因此：7.3.2半透明物体对太阳光辐射的吸收、反射和透过7.3太阳辐射的透过、吸收和反射d2）半透明薄层的反射、吸收和透过（a）单层的半透明薄层…..反射率吸收率透过率

由于半透明薄层内部多次反射，反射率、吸收率和透过率可按无穷级数计算。7.3.2半透明物体对太阳光辐射的吸收、反射和透过7.3太阳辐射的透过、吸收和反射2）半透明薄层的反射、吸收和透过单层3mm标准玻璃的的透过率、吸收率和反射率

7.3.2半透明物体对太阳光辐射的吸收、反射和透过7.3太阳辐射的透过、吸收和反射2）半透明薄层的反射、吸收和透过（a）双层的半透明薄层12反射率透过率1层吸收率2层吸收率

可根据单层的相关性质计算：7.3.2半透明物体对太阳光辐射的吸收、反射和透过7.3太阳辐射的透过、吸收和反射2）半透明薄层的反射、吸收和透过双层3mm标准玻璃的的透过率、吸收率和反射率7.3.2半透明物体对太阳光辐射的吸收、反射和透过7.3太阳辐射的透过、吸收和反射7.4室外空气综合温度室外空气综合温度：为便于负荷计算，将室外空气温度、太阳辐射、地面反射辐射、长波辐射和大气长波辐射对围护结构的热作用综合考虑，所得到的温度。室内室外太阳辐射热量，qS

，包括直射和散射辐射地面反射辐射，qR

大气长波辐射，qB

地面长波辐射，qg

围护结构外表面向内侧传热量，q0

围护结构向室外空气的对流换热量，qca

围护结构向周围环境的辐射热量，qr0围护结构外表面热平衡关系：太阳辐射热量（qS）＋地面反射辐射（qR）＋大气长波辐射（qB）＋地面长波辐射（qg）＝围护结构得热（q0）＋围护结构向室外空气的对流换热（qca）＋围护结构向周围环境的辐射热量（qr0）围护结构外表面热平衡关系式：7.4室外空气综合温度7.4.1板壁围护结构外表面的换热室内室外qSqR

qB

qg

q0

qca

qr0室外空气综合温度表达式的导出

围护结构和天空及地面之间的净辐射量传统算法7.4室外空气综合温度？室内室外qSqR

qB

qg

q0

qca

qr0实际的状况7.4.1板壁围护结构外表面的换热7.4室外空气综合温度√传统的简化计算方法7.4.1板壁围护结构外表面的换热7.4室外空气综合温度夜间辐射

在夜间，特别是冬季的夜晚，天空当量温度将大大低于周围环境空气温度，同时还没有太阳辐射作用，因此qe对建筑物的热状况有一定的影响，因此qe称为夜间辐射。7.4.1板壁围护结构外表面的换热7.4室外空气综合温度7.4.1板壁围护结构外表面的换热7.4室外空气综合温度7.4.2室外空气综合温度准确算法传统算法室外空气综合温度7.4室外空气综合温度讨论：1）室外空气综合温度是一个综合考虑了气温和辐射的假想室外空气温度；2）由于夜间辐射的影响，室外空气综合温度传统计算方法计算偏高；3）夏季偏高值2oC－3oC，影响不大，有一定安全度；冬季偏高值3oC－5oC，设备选择偏小。对高层建筑空调设计尤其要注意。7.4.2室外空气综合温度7.4室外空气综合温度7.5透过玻璃窗的太阳辐射热量7.5.1通过玻璃窗的传热量

由于室内外存在温差，室内外通过玻璃窗有以热传导方式进行的传热。玻璃很薄，导热系数大，玻璃窗的热惰性很小，按稳定传热计算：Q

通过无遮阳玻璃窗的太阳辐射得热包括透过辐射的全部以及吸收辐射的进入室内的部分：7.5透过玻璃窗的太阳辐射热量7.5.2透过玻璃窗的太阳辐射得热7.5透过玻璃窗的太阳辐射热量7.5.2透过玻璃窗的太阳辐射得热

为简化计算，通常以某种类型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，用符号“SSG”表示。我国采用3mm厚普通玻璃作为标准透光材料，消光系数K＝0.045mm-1。直射辐射标准太阳得热量散射辐射标准太阳得热量7.5透过玻璃窗的太阳辐射热量7.5.2透过玻璃窗的太阳辐射得热直射辐射标准太阳得热率定义：在法向入射条件