建筑環(huán)境學熱濕環(huán)境PPT課件

1、11. 基本概念與術語2. 得熱的來源3.圍護結(jié)構(gòu)的熱工特性與通過圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導3.1 通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程3.2 通過透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程4.冷負荷與熱負荷4.1 基本原理，與得熱之間的關系4.2 負荷的計算方法內(nèi)容提要（三次課）第1頁/共50頁21. 基本概念與術語第2頁/共50頁3建筑熱濕環(huán)境是如何形成的? 是建筑環(huán)境中最重要的內(nèi)容 主要成因是外擾和內(nèi)擾的影響和建筑本身的熱工性能 外擾：室外氣候參數(shù)，鄰室的空氣溫濕度 內(nèi)擾：室內(nèi)設備、照明、人員等室內(nèi)熱濕源第3頁/共50頁4基本概念 圍護結(jié)構(gòu)的熱作用過程：無論是通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱傳濕還是室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕，其作用形式包括對流換熱（對

2、流質(zhì)交換）、導熱（水蒸汽滲透）和輻射三種形式。第4頁/共50頁5基本概念 得熱(Heat Gain HG)：某時刻在內(nèi)外擾作用下進入房間的總熱量叫做該時刻的得熱。如果得熱0，意味著房間失去熱量。 圍護結(jié)構(gòu)熱過程特點：由于圍護結(jié)構(gòu)熱慣性的存在，通過圍護結(jié)構(gòu)的得熱量與外擾之間存在著衰減和延遲的關系。第5頁/共50頁62. 得熱的來源(Heat Gain)第6頁/共50頁7得熱的來源 與室內(nèi)狀態(tài)無關，只取決于熱源的得熱 室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕，得熱量熱源發(fā)熱量 室內(nèi)設備與照明 室內(nèi)人員 通過圍護結(jié)構(gòu)的空氣滲透導致的得熱 透過透光圍護結(jié)構(gòu)的太陽輻射得熱 與熱源和室內(nèi)熱狀態(tài)（空氣溫度、壁面溫度）都有關的得熱 通

3、過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導 通過透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導第7頁/共50頁8 室內(nèi)顯熱熱源包括照明、電器設備、人員 顯熱熱源散熱的形式 輻射：進入墻體內(nèi)表面、空調(diào)輻射板、透過玻璃窗到室外、其它室內(nèi)物體表面（家具、人體等）； 對流：直接進入空氣。 顯熱熱源輻射散熱的波長特征 可見光和近紅外線：燈具、高溫熱源（電爐等） 長波輻射：人體、常溫設備 取決于熱源的得熱 室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕，得熱量發(fā)熱量第8頁/共50頁9室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕（續(xù)） 室內(nèi)濕源包括人員、水面、產(chǎn)濕設備 散濕形式：直接進入空氣 圍護結(jié)構(gòu)和家具會有一定的蓄濕功能 濕源與空氣進行質(zhì)交換同時一般伴隨顯熱交換 有熱源濕表面：水分被加熱蒸發(fā)，向空氣加入了顯

4、熱和潛熱，顯熱交換量取決于水表面積 無熱源濕表面：等焓過程， 室內(nèi)空氣的顯熱轉(zhuǎn)化為潛熱 蒸汽源：可僅考慮潛熱交換第9頁/共50頁10取決于熱源的得熱：人體散熱散濕 請見第四章第10頁/共50頁11取決于熱源的得熱空氣滲透帶來的得熱 夏季：室內(nèi)外溫差小，風壓是主要動力 冬季：室內(nèi)外溫差大，熱壓作用往往強于風壓，造成底層房間熱負荷偏大。因此冬季冷風滲透往往不可忽略。 理論求解方法：網(wǎng)絡平衡法，數(shù)值求解 流體網(wǎng)絡原理課程將介紹 參考文獻：朱穎心， 水力網(wǎng)絡流動不穩(wěn)定過程的算法，清華大學學報, 1989年, 第5期 工程應用：縫隙法、換氣次數(shù)法第11頁/共50頁12網(wǎng)絡平衡法原理 節(jié)點平衡：AG0 回

5、路壓力平衡：B P0第12頁/共50頁13通過圍護結(jié)構(gòu)的顯熱得熱第13頁/共50頁143. 圍護結(jié)構(gòu)的熱工特性與通過圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導 3.1 通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程3.2 通過透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程第14頁/共50頁15非透光圍護結(jié)構(gòu)外表面所吸收的太陽輻射熱 不同的表面對輻射的波長有選擇性，黑色表面對各種波長的輻射幾乎都是全部吸收，而白色表面可以反射幾乎90的可見光。 圍護結(jié)構(gòu)的表面越粗糙、顏色越深，吸收率就越高，反射率越低。 第15頁/共50頁16太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞第16頁/共50頁17太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞 玻璃對輻射的選擇性普通玻璃的光譜透射率0.8可見光可見光

6、近紅外線近紅外線長波紅外線長波紅外線第17頁/共50頁18太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞 將具有低發(fā)射率、高紅外反射率的金屬（鋁、銅、銀、錫等），使用真空沉積技術，在玻璃表面沉積一層極薄的金屬涂層，這樣就制成了 Low-e (Low-emissivity) 玻璃。對太陽輻射有高透和低透不同性能。第18頁/共50頁19low- e玻璃的透光選擇性一層low-e玻璃 一層普通玻璃第19頁/共50頁20太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞(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

7、(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-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頁/共50頁21太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞 陽光照射到單層半透明薄層時，半透明薄層對于太陽輻射的總反射率、吸收率和透射率是陽光在半透明薄層內(nèi)進行反射、吸收和透過的無窮次反復之后的無窮多項之和。第21頁/共50頁22太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞 陽光照射到

8、雙層半透明薄層時，還要考慮兩層半透明薄層之間的無窮次反射，以及再對反射輻射的透過。 假定兩層材料的吸收百分比和反射百分比完全相同，兩層的吸收率相同嗎？ 第22頁/共50頁23室外空氣綜合溫度Solar-air Temperature第23頁/共50頁24室外空氣綜合溫度 Solar-air Temperature 考慮了太陽輻射的作用對表面換熱量的增強，相當于在室外氣溫上增加了一個太陽輻射的等效溫度值。是為了計算方便推出的一個當量的室外溫度。 如果考慮圍護結(jié)構(gòu)外表面與天空和周圍物體之間的長波輻射： 如果忽略圍護結(jié)構(gòu)外表面與天空和周圍物體之間的長波輻射： outLoutairzQaItt out

9、airzaItt 第24頁/共50頁25室外空氣綜合溫度Solar-air Temperature 人們常說的太陽下的“體感溫度”是什么？ 室外空氣綜合溫度與什么因素有關？ 高反射率鏡面外墻和紅磚外墻的室外空氣綜合溫度是否相同？ 請試算一下盛夏太陽下的室外空氣綜合溫度比空氣溫度高多少？第25頁/共50頁26 圍護結(jié)構(gòu)外表面與環(huán)境的長波輻射換熱QL包括大氣長波輻射以及來自地面和周圍建筑和其他物體外表面的長波輻射。如果僅考慮對天空的大氣長波輻射和對地面的長波輻射，則有： 思考題 白天有天空輻射嗎？ 試算一個夜間的室外空氣綜合溫度是多少？)(444gggskyskywggskywLTxTxTxxQ

10、天空輻射(夜間輻射，有效輻射)第26頁/共50頁273.1 通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程第27頁/共50頁28通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導 由于熱慣性存在，通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量和溫度的波動幅度與外擾波動幅度之間存在衰減和延遲的關系。衰減和滯后的程度取決于圍護結(jié)構(gòu)的蓄熱能力第28頁/共50頁29通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導 非均質(zhì)板壁的一維不穩(wěn)定導熱過程： 邊界條件： 初始條件：t (x,0 ) = f (x)xtxxaxtxat )()(22 0,|)(), 0()( xoutlwsoloutaoutxtxQQtt xshwjimjijijinainxtxQTTxtt|)()()()(),(441

11、,第29頁/共50頁30 利用室外空氣綜合溫度簡化外邊界條件： 實際通過圍護結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量為： x=0 x= Qwall,cond通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導0|)(), 0()( xzoutxtxtt xcondwallxtxQ|)(,第30頁/共50頁31通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導 板壁各層溫度隨室外溫度的變化第31頁/共50頁32通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導基本物理過程分析 基本表達式 板壁內(nèi)表面溫度 t 同時受室內(nèi)氣溫、室內(nèi)輻射熱源和其它表面的溫度影響，從而影響總傳熱量 氣象和室內(nèi)氣溫對板壁傳熱過程的影響比較確定，容易求得 內(nèi)表面輻射對傳熱過程的影響較復雜，涉及角系數(shù)和各表面溫度 xc

12、ondwallxtxQ|)(,第32頁/共50頁33室內(nèi)其他內(nèi)表面溫度如何影響板壁的傳熱？第33頁/共50頁34通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導基本物理過程分析 結(jié)論 即便室外氣象參數(shù)與室內(nèi)空氣溫度是確定的，實際通過非透光圍護結(jié)構(gòu)進入到室內(nèi)的熱傳導量也是不確定的受其他壁面溫度高低與室內(nèi)輻射熱源方向的影響。 盡管通過圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導量不確定，但有時又需要用“得熱”的概念，那怎么定義通過圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導得熱呢？第34頁/共50頁35通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱 為了定義通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱HGwall，采用了以下假定條件 假定除所考察的圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面以外，其他各室內(nèi)表面的溫度均與室內(nèi)空氣溫度一致 室內(nèi)沒

13、有任何其他短波輻射熱源發(fā)射的熱量落在所考察的圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面上，即Qshw0。 此時，通過該圍護結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量就被定義為通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱。主要反映了室外氣象參數(shù)和室內(nèi)氣溫相對固定的影響，剔除了內(nèi)表面輻射等復雜因素的影響：HGwall = HGwall ,convHGwall,lw第35頁/共50頁36通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱 內(nèi)表面輻射導致的傳熱量差值 將內(nèi)邊界條件線性化，則可利用線性疊加原理將氣象與室內(nèi)氣溫決定的得熱部分與其它部分分離出來 t = t1 + t2 圍護結(jié)構(gòu)實際傳熱量與“得熱”的差值為： 如果室內(nèi)各表面溫度高于空氣溫度，且有短波輻射，則Qwall是正值，即實際條件下通

14、過圍護結(jié)構(gòu)導熱傳到室內(nèi)的熱量小于上述定義下的通過圍護結(jié)構(gòu)的得熱量。 mjinajjrinshwxcondwallwallwallttttQxtxQHGQ1,2,22,)()(),(),(|)()( 第36頁/共50頁37通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱 “通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱”實際上是一個假設的量量級上與“通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導量”相當，但把受其他壁面溫度與室內(nèi)輻射熱源影響部分忽略了，存在數(shù)值上的偏差。第37頁/共50頁38通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱 前者是考慮在內(nèi)外擾動以及整個房間所有圍護結(jié)構(gòu)相互作用下通過一堵墻體的實際傳熱量 后者是把一堵墻體割裂開來，僅考慮在內(nèi)外擾動作用下通過一堵墻體的傳熱

15、量 目的在于把房間每一堵墻體的得熱求出來，然后進行疊加，以求得通過整個房間圍護結(jié)構(gòu)的總得熱量。是一些簡化手工工程算法的需要。第38頁/共50頁39 outaviiinvK 1111通過圍護結(jié)構(gòu)的濕傳遞潛熱得熱 濕傳遞的動力是水蒸氣分壓力的差。墻體中水蒸氣的傳遞過程與墻體中的熱傳遞過程相類似：w = Kv (Pout - Pin) kg/sm2 水蒸汽滲透系數(shù)，kg/(Ns) 或 s/m：第39頁/共50頁40通過圍護結(jié)構(gòu)的濕傳遞潛熱得熱 當墻體內(nèi)實際水蒸汽分壓力高于飽和水蒸汽分壓力時，就可能出現(xiàn)凝結(jié)或凍結(jié)，影響墻體保溫能力和強度。第40頁/共50頁413.2 通過透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程第41頁

16、/共50頁42玻璃窗的種類與熱工性能 窗框型材有木框、鋁合金框、鋁合金斷熱框、塑鋼框、斷熱塑鋼框等 玻璃層數(shù)有單玻、雙玻、三玻等 玻璃層間可充空氣、氮、氬、氪等或有真空夾層 玻璃類別有普通透明玻璃、有色玻璃、低輻射(Low-e)玻璃等 玻璃表面可以有各種輻射阻隔性能的鍍膜，如反射膜、low-e膜、有色遮光膜等，或在兩層玻璃之間的空間中架一層對近紅外線高反射率的熱鏡膜。第42頁/共50頁43玻璃窗的種類與熱工性能 住宅建筑 我國住宅建筑最常見的是鋁合金框或塑鋼框配單層或雙層普通透明玻璃，雙層玻璃間為空氣夾層，北方地區(qū)很多建筑裝有兩層單玻窗。 發(fā)達國家寒冷地區(qū)的住宅則多裝有充惰性氣體的多層玻璃窗。 大型公共建筑 我國大型公共建筑多采用有色玻璃或反射鍍膜玻璃。部分新建筑采用low-e玻璃。 發(fā)達國家大型公共建筑多采用高絕熱性能的low-e玻璃。第43頁/共50頁44玻璃窗的種類與熱工性能 不同結(jié)構(gòu)的窗有著不同的熱工性能 U即傳熱系數(shù)Kglass 氣體夾層和玻璃本身均有熱容，但較墻體小。第44頁/共50頁45玻璃窗的種類與熱工性能 無色玻璃表面覆蓋無色 low-e 涂層，可使這種玻璃的遮擋系數(shù) Cs 低于0.3 第45頁/共50頁46遮陽方式 現(xiàn)有遮陽方式 內(nèi)遮陽：普通窗簾、百頁窗簾 外遮陽：挑檐、可調(diào)控百頁