第三章 建筑熱濕環(huán)境2

Chapter3建筑熱濕環(huán)境內(nèi)容提要1、基本概念與術(shù)語2、圍護結(jié)構(gòu)的熱工特性與通過圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)3.2.1通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程3.2.2通過透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程3、得熱的來源4、冷負荷與熱負荷3.4.1基本原理，與得熱之間的關(guān)系3.4.2負荷的計算方法3.1基本概念與術(shù)語

(1)建筑熱濕環(huán)境是如何形成的?1）是建筑環(huán)境中最重要的內(nèi)容；2）主要成因是外擾和內(nèi)擾的影響和建筑本身的熱工性能；3）外擾：室外氣候參數(shù)，鄰室的空氣溫濕度；4）內(nèi)擾：室內(nèi)設(shè)備、照明、人員等室內(nèi)熱濕源。

3.1基本概念與術(shù)語

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（對流質(zhì)交換）、導(dǎo)熱（水蒸汽滲透）和輻射三種形式。對流換熱(對流質(zhì)交換)圍護結(jié)構(gòu)傳熱傳濕室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕輻射導(dǎo)熱(水蒸汽滲透)(2)圍護結(jié)構(gòu)的熱作用過程3.1基本概念與術(shù)語

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(guān)系。得熱潛熱顯熱輻射得熱對流得熱(3)得熱(HeatGain–HG）3.2圍護結(jié)構(gòu)的熱工特性與通過圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

3.2.1通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程

3.2.2通過透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程

非透光圍護結(jié)構(gòu)外表面所吸收的太陽輻射熱1）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；2）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。反射吸收太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞吸收率＋反射率＋透射率＝1反射吸收透射太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞1）玻璃對輻射的選擇性——普通玻璃的光譜透射率2）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(shù)，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。太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞低透low-e玻璃透射率反射率low-e玻璃的透光選擇性

一層low-e玻璃＋一層普通玻璃太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞3）玻璃的吸收百分比a0:太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞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(fù)之后的無窮多項之和。陽光照射到雙層半透明薄層時，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？太陽輻射在透光圍護結(jié)構(gòu)中的傳遞室外空氣綜合溫度Solar-airTemperature太陽直射輻射大氣長波輻射太空散射輻射對流換熱地面反射輻射環(huán)境長波輻射地面長波輻射壁體得熱2）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： 3）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： 室外空氣綜合溫度Solar-airTemperature60℃！35℃！1）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。室外空氣綜合溫度Solar-airTemperature1）人們常說的太陽下的“體感溫度”是什么？2）室外空氣綜合溫度與什么因素有關(guān)？3）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？4）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？思考：天空輻射(夜間輻射，有效輻射）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？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：通過圍護結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過圍護結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱通過透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱外表面對流換熱外表面日射通過墻體的導(dǎo)熱兩種得熱方式機理不同通過透光圍護結(jié)構(gòu)的日射得熱通過透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)3.2.1通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程

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(guān)系。衰減和滯后的程度取決于圍護結(jié)構(gòu)的蓄熱能力。通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)1）非均質(zhì)板壁的一維不穩(wěn)定導(dǎo)熱過程：2）邊界條件：3）初始條件：

t(x,0)=f(x)通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)內(nèi)表面長波輻射x=0x=4）利用室外空氣綜合溫度簡化外邊界條件：5）實際通過圍護結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量為：

通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

這部分熱量將以對流換熱和長波輻射的形式向室內(nèi)傳播。只有對流換熱部分直接進入了空氣。x=0x=Qwall,cond通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)板壁各層溫度隨室外溫度的變化通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱VS1）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；2）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。1）基本表達式2）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；3）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；4）內(nèi)表面輻射對傳熱過程的影響較復(fù)雜，涉及角系數(shù)和各表面溫度。（1）通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

基本物理過程分析通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱Qoutta,in()室內(nèi)其他內(nèi)表面溫度如何影響板壁的傳熱？

盡管內(nèi)表面對流換熱量增加了，但Qout和Qwall,cond卻是減少的。Q’wall,cond|x=t(x,)ta,out()Qwall,cond|x=如果室內(nèi)輻射特別強烈……Qwall,cond通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱5）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(dǎo)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。6）盡管通過圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)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(dǎo)得熱呢？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)的得熱通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱VS“通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱”實際上是一個假設(shè)的量量級上與“通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)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。?1）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Qshw＝0。2）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(fù)雜因素的影響：HGwall=HGwall,conv＋HGwall,lw通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱（2）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（3）內(nèi)表面輻射導(dǎo)致的傳熱量差值1）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：2）圍護結(jié)構(gòu)實際傳熱量與“得熱”的差值為：3）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，即實際條件下通過圍護結(jié)構(gòu)導(dǎo)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。氣象與室溫決定部分外加輻射造成的增量3.2.2通過透光圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程

通過透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱通過玻璃板壁的傳熱得熱，忽略了玻璃的熱慣性透過玻璃的日射得熱通過玻璃窗的得熱

得熱與玻璃窗的種類及其熱工性能有重要的關(guān)系。玻璃窗的種類與熱工性能1）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；2）玻璃層數(shù)有單玻、雙玻、三玻等；3）玻璃層間可充空氣、氮、氬、氪等或有真空夾層；4）玻璃類別有普通透明玻璃、有色玻璃、低輻射(Low-e)玻璃等；5）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。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。玻璃窗的種類與熱工性能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。遮陽方式（1）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、遮陽蓬

窗玻璃間遮陽：夾在雙層玻璃間的百頁窗簾，百頁可調(diào)控（2）我國目前常見遮陽方式

內(nèi)遮陽：窗簾

外遮陽：屋檐、遮雨檐、遮陽蓬遮陽方式遮陽方式外遮陽：只有透過和吸收中的一部分成為得熱內(nèi)遮陽：遮陽設(shè)施吸收和透過部分全部為得熱反射對流透過對流透過反射外遮陽和內(nèi)遮陽有何區(qū)別?遮陽方式窗玻璃間遮陽Double-skinFacade遮陽方式內(nèi)百頁無通風(fēng)有通風(fēng)通過玻璃窗的長波輻射---???長波輻射導(dǎo)熱和自然對流換熱長波輻射室內(nèi)表面對玻璃的長波輻射對流換熱夜間除了通過玻璃窗的傳熱以外，還有由于天空夜間輻射導(dǎo)致的散熱量；采用low-

玻璃可減少夜間輻射散熱；

通過玻璃窗的溫差傳熱量和天空長波輻射的傳熱量可通過各層玻璃的熱平衡求得。通過透光圍護結(jié)構(gòu)的日射得熱——日射透過＋吸熱Part1:透過單位面積玻璃的太陽輻射得熱

Part2:玻璃吸收太陽輻射造成的房間得熱原理：玻璃吸熱后會向內(nèi)、外兩側(cè)散熱成立的條件：如果內(nèi)外氣溫一樣總得熱：HGwind,sol＝HGglass,+HGglass,a通過透光圍護結(jié)構(gòu)的日射得熱由于玻璃品種繁多，每個進行單獨計算很麻煩；可利用對標準玻璃的得熱SSGDi和SSGdif

進行修正來獲得簡化計算結(jié)果：實際照射面積比玻璃的遮擋系數(shù)遮陽設(shè)施的遮陽系數(shù)窗的有效面積系數(shù)通過透光圍護結(jié)構(gòu)的得熱上述得熱量與通過透光圍護結(jié)構(gòu)實際進入室內(nèi)的熱量之間有差別：室內(nèi)外氣溫不一樣，采用標準玻璃的太陽得熱量SSG求得的HGwind,sol部分與實際情況存在偏差玻璃實際表面溫度變化帶來偏差通過透光外圍護結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)總得熱量＝傳熱得熱量＋日射得熱量通過圍護結(jié)構(gòu)的濕傳遞

——潛熱得熱1）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/sm22）水蒸汽滲透系數(shù)，kg/(Ns)或

s/m：飽和水蒸汽分壓力溫度實際水蒸汽分壓力

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。通過圍護結(jié)構(gòu)的濕傳遞

——潛熱得熱3.3得熱的來源

(HeatGain)

得熱的來源與室內(nèi)狀態(tài)無關(guān)，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(shè)備與照明室內(nèi)人員通過圍護結(jié)構(gòu)的空氣滲透導(dǎo)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(guān)的得熱通過非透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)通過透光圍護結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

室內(nèi)顯熱熱源包括照明、電器設(shè)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?zé)嵩矗姞t等）長波輻射：人體、常溫設(shè)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

室內(nèi)濕源包括人員、水面、產(chǎn)濕設(shè)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：可僅考慮潛熱交換取決于熱源的得熱

——-人體散熱散濕

請見第四章取決于熱源的得熱

——-空氣滲透帶來的得熱

夏季：室內(nèi)外溫差小，風(fēng)壓是主要動力冬季：室內(nèi)外溫差大，熱壓作用往往強于風(fēng)壓，造成底層房間熱負荷偏大。因此冬季冷風(fēng)滲透往往不可忽略。理論求解方法：網(wǎng)絡(luò)平衡法，數(shù)值求解《流體網(wǎng)絡(luò)原理》課程將介紹

參考文獻：朱穎心，水力網(wǎng)絡(luò)流動不穩(wěn)定過程的算法，《清華大學(xué)學(xué)報》,1989年,第5期工程應(yīng)用：縫隙法、換氣次數(shù)法3.4冷負荷與熱負荷

Coolingload&Heatingload

負荷的定義

冷負荷：維持室內(nèi)空氣熱濕參數(shù)為某恒定值時，在單位時間內(nèi)從室內(nèi)除去的熱量，包括顯熱負荷和潛熱負荷兩部分。如果把潛熱負荷表示為單位時間內(nèi)排除的水分，則又可稱作濕負荷。熱負荷：維持室內(nèi)空氣熱濕參數(shù)為某恒定值時，在單位時間內(nèi)向室內(nèi)加入的熱量，包括顯熱負荷和潛熱負荷兩部分。如果只控制室內(nèi)溫度，則熱負荷就只包括顯熱負荷。

冷熱負荷的大小與去除負荷的方式有關(guān)送風(fēng)方式還是輻射方式？冷輻射板空調(diào)需要去除的熱量除了進入到空氣中的得熱量外，還包括部分貯存在熱表面上的得熱量。常規(guī)的送風(fēng)方式空調(diào)需要去除的是進入到空氣中的得熱量。負荷的定義負荷的大小與去除或補充熱量的方式有關(guān)

潛熱得熱、滲透空氣得熱得熱立刻成為瞬時冷負荷

通過圍護結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱、通過玻璃窗日射得熱、室內(nèi)顯熱源散熱對流得熱部分立刻成為瞬時冷負荷輻射得熱部分先傳到各內(nèi)表面，再以對流形式進入空氣成為瞬時冷負荷，因此負荷與得熱在時間上存在延遲。（1）各種得熱進入空氣的途徑得熱與冷負荷的關(guān)系得熱與冷負荷的關(guān)系（2）得熱與冷負荷的關(guān)系諧波擾量階躍擾量

冷負荷與得熱有關(guān)，但不一定相等決定因素空調(diào)形式

送風(fēng)：負荷＝對流部分輻射：負荷＝對流部分＋輻射部分熱源特性：對流與輻射的比例是多少？圍護結(jié)構(gòu)熱工性能：蓄熱能力如何？如果熱容為0呢？如果內(nèi)表面完全絕熱呢？房間的構(gòu)造（角系數(shù)）

注意：輻射的存在是延遲和衰減的根源！得熱與冷負荷的關(guān)系得熱與冷負荷的關(guān)系

冷負荷的本質(zhì)是通過某個設(shè)定溫度下整個房間的熱平衡算出來的，綜合了各種因素作用的一個綜合值；與得熱不同的是，不存在燈光造成的負荷、人員造成的負荷……的概念。例如冬天室內(nèi)有可能是熱負荷也有可能是冷負荷，而燈光和人員有降低熱負荷的影響，也可能是導(dǎo)致冬季還有冷負荷的原因，但只有跟圍護結(jié)構(gòu)散熱綜合起來才能得到負荷；當室內(nèi)空氣參數(shù)在改變的過程中，負荷還受空氣與家具、內(nèi)壁面熱容的影響。3.4.2得熱與冷負荷的關(guān)系室內(nèi)表面與空氣的熱平衡關(guān)系示意負荷的數(shù)學(xué)表達室內(nèi)空氣的熱平衡關(guān)系(空氣參數(shù)恒定)

排除的對流熱＝室內(nèi)熱源對流得熱 ＋壁面對流換熱＋滲透得熱室內(nèi)熱源對流得熱室內(nèi)熱源總得熱＝室內(nèi)熱源對流得熱＋向室內(nèi)表面的長波輻射＋向室內(nèi)表面的短波輻射負荷的數(shù)學(xué)表達壁面對流得熱通過圍護結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱量＋本壁面獲得的通過玻璃窗的日射得熱＝壁面對流換熱＋本壁面向空調(diào)輻射板的輻射＋本壁面向其他壁面的長波輻射＋本壁面向熱源的輻射Qwall,cond負荷的數(shù)學(xué)表達房間的顯熱冷負荷房間的各種得熱得熱和冷負荷的差值房間空氣熱平衡的數(shù)學(xué)表達式

對長波輻射項進行了線性化而導(dǎo)出得熱定義與實際傳熱量的差值二者之和就是從壁面實際獲得的對流熱量負荷的數(shù)學(xué)表達熱源滲風(fēng)玻璃窗墻體

在室內(nèi)空氣參數(shù)相同的情況下，采用輻射板空調(diào)的負荷比送風(fēng)空調(diào)負荷大還是??？以夏季為例外圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度降低

——導(dǎo)致室外向室內(nèi)傳熱增加室內(nèi)表面（家具、墻面）溫度降低

——

空調(diào)系統(tǒng)需要帶走的熱量增加結(jié)論輻射板空調(diào)的負荷偏大如果追求的是舒適性相同，哪一個負荷更大？討論：采用輻射板空調(diào)的負荷負荷的數(shù)學(xué)表達

總負荷室內(nèi)空氣參數(shù)變化時，采用“除熱量”來描述需要排除的熱量。顯熱除熱量為：除熱量比冷負荷少了一個空氣增溫需要的熱量總負荷＝熱源總得熱＋窗總得熱＋滲透風(fēng)得熱＋墻體實際傳熱負荷的數(shù)學(xué)表達熱源滲風(fēng)玻璃窗墻體典型負荷計算方法原理介紹第三類邊界條件：太難求解了！非均勻板壁的不穩(wěn)定傳熱:其中內(nèi)表面長波輻射：初始條件：典型負荷計算方法原理介紹

目的：使負荷計算能夠在工程應(yīng)用中實施發(fā)展：由不區(qū)分得熱和冷負荷發(fā)展到考慮二者的區(qū)別1946USA1950sUSSR1967Canada典型負荷計算方法原理介紹

穩(wěn)態(tài)算法不考慮建筑蓄熱，負荷預(yù)測值偏大動態(tài)算法，積分變換求解微分方程冷負荷系數(shù)法、諧波反應(yīng)法：夏季設(shè)計日動態(tài)模擬計算機模擬軟件

DOE2、EnergyPlus(美國)、HASP(日本)、ESP(英國)DeST(中國，清華)常用的負荷求解法典型負荷計算方法原理介紹

方法采用室內(nèi)外瞬時溫差或平均溫差，負荷與以往時刻的傳熱狀況無關(guān)：Q＝KFT

特點簡單，可手工計算未考慮圍護結(jié)構(gòu)的蓄熱性能，計算誤差偏大應(yīng)用條件蓄熱小的輕型簡易圍護結(jié)構(gòu)室內(nèi)外溫差平均值遠遠大于室內(nèi)外溫度的波動值一、穩(wěn)態(tài)算法典型負荷計算方法原理介紹穩(wěn)態(tài)算法舉例：

北京室外氣溫和室內(nèi)控制溫度比較典型負荷計算方法原理介紹

對于常系數(shù)的線性偏微分方程，采用積分變換如傅立葉變換或拉普拉斯變換。積分變換的概念是把函數(shù)從一個域中移到另一個域中，在這個新的域中，函數(shù)呈現(xiàn)較簡單的形式，因此可以求出解析解。然后再對求得的變換后的方程解進行逆變換，獲得最終的解。B域：問題容易求解對函數(shù)進行積分變換求解A域：問題難以求解對函數(shù)解進行積分逆變換獲得解二、積分變換法原理典型負荷計算方法原理介紹

拉普拉斯變換的應(yīng)用條件時間變化范圍為半無窮區(qū)間（0，+）必須是線性定常系統(tǒng)

拉普拉斯變換的特點復(fù)雜函數(shù)變?yōu)楹唵魏瘮?shù)偏微分方程變換為常微分方程常微分方程變換為代數(shù)方程

拉普拉斯變換的解傳遞矩陣或s-傳遞函數(shù)的解的形式為何板壁不穩(wěn)定傳熱適用拉普拉斯變換？典型負荷計算方法原理介紹

傳遞函數(shù)G(s)僅由系統(tǒng)本身的特性決定，而與輸入量、輸出量無關(guān)，因此建筑的材料和形式一旦確定，就可求得其圍護結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)。這樣就可以通過輸入量和傳遞函數(shù)求得輸出量。傳遞函數(shù)與輸入量、輸出量的關(guān)系

如果輸入原函數(shù)是指數(shù)函數(shù)，則不需變換直接輸入，即可求得解的原函數(shù)積分變換法原理典型負荷計算方法原理介紹

對于普通材料的圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程，在其一般溫度變化的范圍內(nèi)，材料的物性參數(shù)變化不大，可近似看作是常數(shù)，可采用拉普拉斯變換法來求解。對于采用材料的物性參數(shù)隨溫度或時間有顯著變化的圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程，就不能采用拉普拉斯變換法來求解。相變材料，Trombe'sWall(特隆布墻)應(yīng)用條件典型負荷計算方法原理介紹

可應(yīng)用疊加原理對輸入的擾量和輸出的響應(yīng)進行分解和疊加。當輸入擾量作用的時間改變時，輸出響應(yīng)的時間在產(chǎn)生同向、同量的變化，但輸出響應(yīng)的函數(shù)不會改變?？砂演斎肓窟M行分解或離散為簡單函數(shù)，再利用變換法進行求解。求出分解或離散了的單元輸入的響應(yīng)，這些響應(yīng)也應(yīng)該呈簡單函數(shù)形式。再把這些單元輸入的響應(yīng)進行疊加，就可以得出實際輸入量連續(xù)作用下的系統(tǒng)的響應(yīng)輸出量。線性定常系統(tǒng)的特性典型負荷計算方法原理介紹

輸入邊界條件的處理步驟邊界條件的離散或分解；求對單元擾量的響應(yīng)；把對單元擾量的響應(yīng)進行疊加和疊加積分求和。

兩種基于積分變換的負荷計算法：函數(shù)均采用拉普拉斯變換，邊界條件的處理方法不同

對邊界條件進行傅立葉級數(shù)分解：諧波反應(yīng)法

對邊界條件進行時間序列離散：反應(yīng)系數(shù)法輸入邊界條件的處理方法典型負荷計算方法原理介紹武漢市室外干球溫度的全年變化典型負荷計算方法原理介紹＝＋＋輸入邊界條件的處理方法：

——傅立葉級數(shù)分解典型負荷計算方法原理介紹輸入邊界條件的處理方法：

——時間序列離散典型負荷計算方法原理介紹

反應(yīng)系數(shù)法(冷負荷系數(shù)法)：任何連續(xù)曲線均可離散為脈沖波之和。將外擾分解為脈沖，分別求得脈沖外擾的室內(nèi)響應(yīng)，再進行疊加室內(nèi)負荷。對應(yīng)離散系統(tǒng)，拉普拉斯變換轉(zhuǎn)化為Z變換

諧波反應(yīng)法：任何一連續(xù)可導(dǎo)曲線均可分解為正(余)弦波之和。把外擾分解為余弦波，分別求出每個正(余)弦波外擾的室內(nèi)響應(yīng)，并進行疊加。兩種積分變換法典型負荷計算方法原理介紹得熱：Q(t)－－輸入干擾負荷：CLQ(t)－－響應(yīng) 設(shè)備使用1小時的室內(nèi)負荷響應(yīng)反應(yīng)系數(shù)法原理圖示(1)典型負荷計算方法原理介紹反應(yīng)系數(shù)法原理圖示(2)設(shè)備使用2小時的室內(nèi)負荷響應(yīng)典型負荷計算方法原理介紹反應(yīng)系數(shù)法原理圖示(3)設(shè)備使用10小時的室內(nèi)負荷響應(yīng)典型負荷計算方法原理介紹

反應(yīng)系數(shù)的大小即反應(yīng)了某一項因素對某時刻負荷大小的影響程度。反應(yīng)系數(shù)為0~1，相當于影響為0~100%。

內(nèi)外擾的處理

內(nèi)擾采用冷負荷系數(shù)

日射冷負荷采用冷負荷系數(shù)

圍護結(jié)構(gòu)傳熱采用冷負荷溫度反應(yīng)系數(shù)法典型負荷計算方法原理介紹

(a)圍護結(jié)構(gòu)傳熱冷負荷基本計算式

Qcl()=KF[tcl()–tin]tcl()為冷負荷溫度逐時值，與圍護結(jié)構(gòu)類型、氣象條件、朝向有關(guān)。

tcl()反映了室外空氣溫度、陽光輻射、建筑物蓄熱等因素的綜合影響。tinKFtcl(t)Qcl(t)冷負荷溫度：一個當量溫度室內(nèi)溫度反應(yīng)系數(shù)法典型負荷計算方法原理介紹(b)日射冷負荷

Qcl()=FCsCnD·maxCcl()F為窗面積，D·max是日射得熱因素最大值

Ccl()是冷負荷系數(shù)，與緯度、朝向有關(guān)。

Cs為玻璃遮擋系數(shù)，Cn為遮陽系數(shù)。Qcl(t)D·maxFCsCnCcl()反應(yīng)系數(shù)法典型負荷計算方法原理介紹

(c)內(nèi)擾冷負荷

Qcl()=HG(0)Ccl(-0) HG(0)為內(nèi)熱源散熱量

Ccl(-0)是冷負荷系數(shù)

Ccl(-0)與開始使用時間和 連續(xù)使用時間有關(guān)，與建 筑熱特性有關(guān)。QQcl()Ccl(t-0)反應(yīng)系數(shù)法典型負荷計算方法原理介紹

對外擾的分解：室外空氣綜合溫度

tz()=tzp+tz()=tzp+

tznsin(n+n) =A0+

Ansin(2n/T+n)

對外擾的響應(yīng)形式：圍護結(jié)構(gòu)對不同頻率外擾有一定的衰減n=An/Bn與延遲n，響應(yīng)也是傅立葉級數(shù)形式：

tin,n()=An/nsin(2n/T+n-n)]

通過圍護結(jié)構(gòu)形成的負荷：疊加tin,n()可得出tin()，通過tin()和室內(nèi)熱平衡就可求出負荷。諧波反應(yīng)法典型負荷計算方法原理介紹

玻璃窗冷負荷

傳熱溫差用外氣溫而不是室外綜合溫度：

Qcl()=KFt()=KF[twp

–tin+

twnsin(n+n)]

內(nèi)擾冷負荷對內(nèi)擾響應(yīng)的分解方法類似對外擾響應(yīng)的分解。諧波反應(yīng)法典型負荷計算方法原理介紹

算法繁瑣，故需要簡化傳導(dǎo)部分(墻、窗)：Qcl()=KFt-t為負荷溫差，表中值為室溫26℃時溫差，可修正。算法同冷負荷系數(shù)法。日射部分：Qcl()=xgxdCnCsFJ()xg窗有效面積系數(shù)，xd地點修正系數(shù)，J()為負荷強度。xdJ()相當于冷負荷系數(shù)法的D·maxCcl()，xgF相當于冷負荷系數(shù)法的F。內(nèi)擾部分：Qcl()=HG(0)JX-oJX-o為設(shè)備負荷強度系數(shù)(-0時刻)，同冷負荷系數(shù)法的Ccl()。諧波反應(yīng)法的簡化算法典型負荷計算方法原理介紹

諧波反應(yīng)法的簡化算法與冷負荷系數(shù)法形式一致。為了便于手工計算，均把內(nèi)外擾通過一個板壁形成的冷負荷分離出來，作為一個孤立的過程處理，不考慮與其它墻面和熱源之間的相互影響。

不能分析變物性的材料如相變材料制成的圍護結(jié)構(gòu)熱過程。兩種積分變換法總結(jié)典型負荷計算方法原理介紹

只是在一定程度上反應(yīng)了得熱和冷負荷之間的區(qū)別，對輻射的影響作了很多簡化：對墻體內(nèi)表面之間的長波輻射作了簡化處理，給定比例忽略了透過玻璃窗日射落在墻內(nèi)表面上的光斑的影響熱源對流和輻射比例給定，與墻表面角系數(shù)給定把室內(nèi)空氣溫度看作是常數(shù)如果房間與簡化假定相差較遠，則結(jié)果的誤差較大，如內(nèi)表面溫度差別大、房間形狀不規(guī)則、室內(nèi)空氣控制溫度隨時間變化等。兩種積分變換法總結(jié)典型負荷計