建筑熱濕環(huán)境

建筑熱濕環(huán)境第1頁/共169頁4－2建筑熱濕環(huán)境知識框架半透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能生理學(xué)基礎(chǔ)心理學(xué)基礎(chǔ)建筑熱濕環(huán)境影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素太陽輻射與綜合溫度濕環(huán)境非透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能穩(wěn)定特性非穩(wěn)定特性冷負(fù)荷形成及計算方法人體生理學(xué)和心理學(xué)冬圍護結(jié)構(gòu)負(fù)荷空氣滲透負(fù)荷光學(xué)特性PMV-PPD法局部不舒適感其他穩(wěn)定評價熱舒適性方程穩(wěn)定計算方法諧波反應(yīng)法冷負(fù)荷系數(shù)法夏人,照明,設(shè)備得熱負(fù)荷概念濕量計算冷凝校驗結(jié)露防治溫態(tài)環(huán)境動態(tài)環(huán)境過度環(huán)境熱濕環(huán)境評價第2頁/共169頁4－31345555971322681—氣溫2—太陽輻射3—室外空氣綜合溫度4—熱空氣交換5—建筑內(nèi)表面輻射6—人體輻射換熱7—人體對流換熱8—人體蒸發(fā)散熱9—室內(nèi)熱源室內(nèi)熱濕環(huán)境的形成第4章建筑熱濕環(huán)境第3頁/共169頁4－4基本概念A(yù):室外氣象條件

——外擾

B:室內(nèi)發(fā)熱/濕/塵量——內(nèi)擾(照明、設(shè)備、人體、散濕)C:空調(diào)方式

——廣義外擾◎外擾作用方式：①熱交換：太陽輻射(透明/半透明體)、 熱傳導(dǎo)(圍護結(jié)構(gòu))/（對流＋輻射） ②空氣交換：空氣滲透、空調(diào)送風(fēng)◎內(nèi)擾作用方式：

①輻射

②對流③蒸發(fā)

★空氣狀態(tài)參數(shù)變化的途徑：

①對流②空氣直接混合③蒸發(fā)

熱,濕,塵源Vi,Ii,di,iVo,Io,do,otwQWGPqwPqnI墻體傳熱/濕性能——影響內(nèi)/外擾對室內(nèi)空氣環(huán)境的作用4.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素第4頁/共169頁4－54.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素4.1.1太陽輻射與室外空氣綜合溫度建筑表面的輻射作用直射：IN散射：地面反射：ID天空散射：IS太陽輻射I0大氣輻射Iy建筑表面接受的輻射建筑表面的氣溫作用綜合溫度第5頁/共169頁4－64.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素4.1.1太陽輻射與室外空氣綜合溫度法線直射強度：P——大氣透明度（反應(yīng)大氣污染、水蒸氣等顆粒對日射的衰減）m——大氣質(zhì)量（反應(yīng)日射強度到達(dá)表面的路程大小）I0INI1βL’=L/sinβLdxdIxI0——呈指數(shù)衰減P=IL/I0=exp(-kL)大氣透明度No.11第6頁/共169頁4－74.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素4.1.1太陽輻射與室外空氣綜合溫度大氣透明度P＝1最透明變化范圍：0.65~0.75，在一個月份的晴天中可近似認(rèn)為是常數(shù)我國將大氣透明度作了6個等級的分區(qū)，1級最透明東京晴天的大氣透明度逐月值反應(yīng)大氣污染、水蒸氣等顆粒對日射的衰減P=IL/I0=exp(-kL)

定義：第7頁/共169頁4－8我國的大氣透明度分區(qū)65443324第8頁/共169頁4－9IN=I0Pmm=L’/L=1/sin大大為什么太陽高度角接近0o和90o時垂直面的日射量都??？反應(yīng)日射強度到達(dá)表面的路程大小大氣質(zhì)量：m4.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素4.1.1太陽輻射與室外空氣綜合溫度大氣透明度第9頁/共169頁4－104.1.1太陽輻射與室外空氣綜合溫度

——A——α————γ——

i——θβ90AIS,Z=INsinIN90αNSIC,Z=INcoscos墻體法線INcosγiI,Z=INcosiI0INI1βLI0太陽輻射強度直射輻射第10頁/共169頁4－11不同太陽高度角和大氣透明度下的太陽直射輻射強度β直射輻射太陽輻射強度第11頁/共169頁4－12直射Z散射S地面反射D水平面SINsinIS,S0垂直面CINcoscos0.5IS,S0.5GIS,傾斜面INcosi0.5IS,S(1+cos)0.5GIS(1-cos)水平面散射強度IS,S(Berlage公式)：散射輻射與總輻射強度G——地面平均日射反射率水平面日射總輻射：垂直面日射總輻射：太陽輻射強度第12頁/共169頁4－13水平面總?cè)丈漭椛鋸姸龋罕本?0的太陽總輻射量按不同表面(水平、垂直、傾斜面)計算總輻射強度例4-1短波？長波？第13頁/共169頁4－144.1.1太陽輻射與室外空氣綜合溫度大氣長波輻射(Ia)與晚間有效輻射(Iy)指建筑表面向天空的有效輻射指大氣向建筑表面的輻射大氣向建筑表面的輻射：Ia(地表)建筑表面向天空的輻射：Id(地表)建筑向天空的有效輻射：IS,B考慮云層(地表)建筑向天空的有效輻射：IS,y天空當(dāng)量溫度大氣溫度式4-25為何白天可以忽略大氣長波輻射，晚間不可以？例題4-2晚間有效輻射第14頁/共169頁4－15太陽直射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ISIZID非透明體外表面接受熱輻射：4.1.1太陽輻射與室外空氣綜合溫度室外空氣綜合溫度大氣長波輻射IZIS建筑表面接受輻射第15頁/共169頁4－16室外空氣溫度：外表面接受的有效熱輻射：

外表面得熱：短波輻射長波輻射4.1.1太陽輻射與室外空氣綜合溫度IyId－

Ia室外空氣綜合溫度第16頁/共169頁4－17td(I)td(I)twtz當(dāng)量空氣溫度+=室外空氣溫度室外空氣綜合溫度60℃！35℃！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： td(I)Iy/w工程處理： 垂直面：Iy/w

=0；水平面：Iy/w

=3.5～4.0℃。室外空氣綜合溫度第17頁/共169頁4－18導(dǎo)熱特性：×100氣體0.006～0.6Air:～0.029液體0.07～0.7Water:～0.58建筑材料0.3～3.5鋼筋混凝土:～1.5金屬2.2～240建筑鋼材×20保溫材料＜0.3保溫材料其他要求：γ≯600～700kg/m3;γ↑→↑；耐壓強度：＞4kg/cm2要點:

空隙率,λair＜＜λsolidtwtnλαwwnαn12圍護結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)與熱對流聚乙烯泡沫材料：～0.044.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素4.1.2非透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能表面熱對流特性：表4-3w

、n

=f(v、－t、熱面形式)λ——墻體導(dǎo)熱系數(shù)，W/mK第18頁/共169頁4－19表面輻射特性：一般建筑內(nèi)墻：0.82～0.93，鋁箔0.05～0.20太陽集熱器αs↑，保溫材料ε↓→常貼鋁箔ρ、α、τ——墻體表面反射率、吸收率、透射率（τ=0：非透明體；＜1：半透明體）αs——表面的太陽吸收率

紅磚：ε=0.85-0.95αs=0.65-0.80外界物體輻射響應(yīng)特性對外輻射特性但Cb——黑體輻射系數(shù)：

5.67W/(m2K4)ε——表面黑度：4.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素4.1.2非透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能第19頁/共169頁4－20工程上：

=f（墻表面平整度，室外風(fēng)速）=19～23W/(m2K) =f（墻表面平整度）≈8.72W/(m2K)對流放熱系數(shù)：輻射放熱系數(shù)：以外墻為例：αout輻射對流4.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素4.1.2非透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能表面輻射特性：第20頁/共169頁4－21吸(放)熱—導(dǎo)熱—放(吸)熱穩(wěn)定傳熱量計算流體與壁面對流傳熱以外墻為例：壁面與壁面輻射傳熱以外墻為例：固體間導(dǎo)熱傳熱并聯(lián)作用→表面換熱串聯(lián)作用并聯(lián)作用→表面換熱t(yī)outtinλαoutWNαin14.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素4.1.2非透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能第21頁/共169頁4－22K0、R0——墻體總傳熱系數(shù),總傳熱熱阻R0=1/K0，K≈f（墻體材質(zhì)）——GB50176-93民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范等twtn多層均質(zhì)墻體θwθn4.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素4.1.2非透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能穩(wěn)定傳熱量計算第22頁/共169頁4－23封閉空氣間層：導(dǎo)熱、對流、輻射同時存在處理方法： 當(dāng)量導(dǎo)熱——表4-7實體：d↑→R↑→傳熱↓→導(dǎo)熱↓

→對流↑總傳熱↑(對流為主)d↑空氣間層：思考：一般封閉間層內(nèi)貼鋁箔(ε小)以降低傳熱量,一般貼在高溫側(cè)避免結(jié)露,為什么？低溫側(cè)高溫側(cè)高溫側(cè)低溫側(cè)4.1.2非透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能穩(wěn)定傳熱量計算第23頁/共169頁4－24組合墻體：（1）分層——按等熱流層分（2）確定組合層——并聯(lián)處理成當(dāng)量熱阻由λ的面積加權(quán)推導(dǎo)（3）整個墻體按多層均質(zhì)求解4.1.2非透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能計算方法：思考：分析按與熱流平行方向劃分和等熱流層劃分的不同。穩(wěn)定傳熱量計算No.12第24頁/共169頁4－25屋頂外墻外窗(含陽臺透明部分)分戶墻和樓板底部自然通風(fēng)的架空樓板戶門K≤1.0,D≥3.0K≤1.5,D≥3.0見下表K≤2.0K≤1.5K≤3.0K≤0.8,D≥2.5K≤1.0,D≥2.5外窗傳熱系數(shù)／Ｗ/(m2K)，表中r為窗墻面積比朝向窗外環(huán)境條件r≤0.250.25＜r≤0.30.3＜r≤0.350.35＜r≤0.450.45＜r≤0.5N最冷月室外平均氣溫>5℃4.74.73.22.5－最冷月室外平均氣溫≤5℃4.73.23.22.5－無遮陽措施4.73.2－－－有外遮陽(其太陽輻射透射率≤20%)4.73.23.22.52.54.74.73.22.52.5《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》傳熱系數(shù)K/Ｗ/(m2K)和熱惰性指標(biāo)D的控制第25頁/共169頁4－26JGJ26-86民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)體形系數(shù)≤0.3體形系數(shù)＞0.3北緯～45o北緯～40o北緯～60o北緯～60o體形系數(shù)——建筑物外表面積與其包圍的體積之比JGJ26-95民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分）國內(nèi)外建筑圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的比較/W/(m2·K)JGJ24-86民用建筑熱工設(shè)計規(guī)程第26頁/共169頁4－27

墻體蓄熱性能

t↑（t↓）外表面瞬時得熱內(nèi)表面放熱衰減特性：衰減系數(shù)ν0=室外綜合空氣溫度波幅/內(nèi)表面溫度波幅延遲特性：延遲時間ξ0=內(nèi)表面溫度波動相位延遲蓄熱特性：蓄熱系數(shù)S=熱流波動振幅與溫度波動振幅之比qnξA0Anν=A0/An4.1.2非透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能不穩(wěn)定熱工特性第27頁/共169頁4－28材料的蓄熱系數(shù)——反應(yīng)材料的蓄熱特性。表面溫度波動程度S↑→溫度波動↓蓄熱↑一般空氣間層：S=0材料層衰減度——材料內(nèi)部溫度衰減規(guī)律熱惰性指標(biāo)——反抗溫度波動的能力S↑→可蓄熱↑λ↑→D↓→抗波動↓D≤3.0：輕型結(jié)構(gòu)

3.1≤D≤6.0：中型結(jié)構(gòu)

D≥6.1：重型結(jié)構(gòu)S參數(shù)均可通過半無窮大材料的不穩(wěn)定傳熱計算4.1.2非透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能不穩(wěn)定熱工特性第28頁/共169頁4－294.1.2非透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能不穩(wěn)定熱工特性第29頁/共169頁4－30波長/m穿透率/%可見光近紅外線長波紅外線0.8玻璃對波長具有選擇性的透過特性：3m以下波長幾乎全部透過，但卻能阻隔3m以上的長波紅外線輻射——溫室效應(yīng)4.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素4.1.2半透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能光學(xué)特性第30頁/共169頁4－314.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素4.1.2半透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能玻璃在界面上的反射、透過特性和內(nèi)部的吸收特性：ｒ——界面的反射百分比，A0——單程吸收百分比，光學(xué)特性第31頁/共169頁4－32反射百分比：吸收百分比：ra0標(biāo)準(zhǔn)玻璃K≈0.045玻璃/太陽下空氣消光系數(shù)行程4.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素4.1.2半透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能光學(xué)特性第32頁/共169頁4－334.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素4.1.2半透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能熱工特性窗框（材料、各種間隔、斷熱窗框等玻璃系統(tǒng)（單層、雙層、貼膜等）組合結(jié)構(gòu)窗系統(tǒng)第33頁/共169頁4－34單層：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。多層：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。4.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素4.1.2半透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能熱工特性表4-9第34頁/共169頁4－35窗框型材：木框、鋁合金框、鋁合金斷熱框、塑鋼框、斷熱塑鋼框等；玻璃層間：可充空氣、氮、氬、氪等或有真空夾層；玻璃層數(shù)：單玻、雙玻、三玻等；玻璃類別：普通透明玻璃、有色玻璃、低輻射(Low-e)玻璃等；玻璃表面：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。窗玻璃中心溫度4.1影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素4.1.2半透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能熱工特性第35頁/共169頁4－36通過窗進入室內(nèi)的得熱：玻璃得熱80%，其次是縫隙空氣滲透得熱和窗框傳熱得熱。玻璃鋼材鋁合金PVC松木玻璃鋼0.7658.22030.160.170.52傳熱系數(shù)[W/(m2K)]6.211.912.37特定結(jié)構(gòu)常用窗框材料的導(dǎo)熱系數(shù)[W/(mK)]中空玻璃及其他墻體材料的傳熱系數(shù)[W/(m2K)]材料厚度傳熱系數(shù)隔聲量/dB普通中空玻璃3+6A+33.425～30普通中空玻璃3+12A+33.030～35三層中空玻璃3+12A+3+12A+32.135～40混凝土墻1503.3≥50磚墻2402.8雙玻熱阻：4.1.2半透明體圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能熱工特性第36頁/共169頁4－374.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.1得熱與負(fù)荷的基本概念得熱與負(fù)荷的定義與構(gòu)成室內(nèi)熱量傳遞形式第37頁/共169頁4－38冷（熱）負(fù)荷：維持室內(nèi)一定熱濕環(huán)境所需要的在單 位時間內(nèi)從室內(nèi)除去（補充）的熱量顯熱負(fù)荷潛熱負(fù)荷送風(fēng)方式輻射方式空氣溫濕度環(huán)境空氣溫濕度+平均輻射溫度空氣中熱量空氣+室內(nèi)各表面熱量表面儲存熱+4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.1得熱與負(fù)荷的基本概念得熱與負(fù)荷的定義與構(gòu)成第38頁/共169頁4－39

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。

冷輻射板空調(diào)需要去除的熱量除了進入到空氣中的熱量外，還包括貯存在熱表面上的熱量。4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.1得熱與負(fù)荷的基本概念得熱與負(fù)荷的定義與構(gòu)成第39頁/共169頁4－404.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.1得熱與負(fù)荷的基本概念冷負(fù)荷形成過程物體室外空氣室內(nèi)空氣得熱潛熱顯熱對流得熱輻射得熱Q空調(diào)冷凍設(shè)備～房間負(fù)荷得熱：進入建筑的總熱量，包括導(dǎo)熱、對流、輻射、直接空氣交換/HG(n)空調(diào)負(fù)荷：維持環(huán)境空調(diào)去除或加入的冷量或熱量/CL(n)除熱量：

房間非穩(wěn)定工況下實際由空調(diào)系統(tǒng)除去的熱量/HE(n)比例＝f(熱源性質(zhì))表4-15蓄熱比例＝f(建筑熱工特性、作用形式)壓縮機功率除熱量（空調(diào)送風(fēng)方式）No.13與得熱比較有衰減和延遲第40頁/共169頁4－41室內(nèi)熱源得熱＝室內(nèi)熱源對流得熱＋熱源向空調(diào)輻射板的輻射＋熱源向壁面的輻射室內(nèi)熱源得熱分解：4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.1得熱與負(fù)荷的基本概念冷負(fù)荷形成過程空調(diào)送風(fēng)方式與輻射空調(diào)方式的負(fù)荷構(gòu)成區(qū)別第41頁/共169頁4－42壁面得熱分解：壁面得熱分解＝通過圍護結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱得熱＋本壁面獲得的通過玻璃窗的日射得熱＝壁面對流得熱＋本壁面向熱源的輻射＋本壁面向空調(diào)輻射設(shè)備的輻射＋本壁面向其他壁面的長波輻射Qcond③①②①②③諧波反應(yīng)法(4)——得熱負(fù)荷的過程4.2.3非透明體圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法第42頁/共169頁4－43冷負(fù)荷＝排除的對流熱得熱+潛熱+空氣的焓值增值＝室內(nèi)熱源對流得熱＋壁面對流得熱＋潛熱＋滲透得熱房間空氣的熱平衡關(guān)系

——空調(diào)送風(fēng)方式負(fù)荷4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.1得熱與負(fù)荷的基本概念冷負(fù)荷形成過程穩(wěn)定時其量物理意義?第43頁/共169頁4－44τq實際冷負(fù)荷(輕型)實際冷負(fù)荷(中型)實際冷負(fù)荷(重型)西向瞬時太陽輻射得熱設(shè)計冷負(fù)荷4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.1得熱與負(fù)荷的基本概念建筑蓄熱特性對冷負(fù)荷的影響諧波擾量階躍擾量得熱量＝？蓄熱量＝？冷負(fù)荷＝？除熱量＝？新概念第44頁/共169頁4－45的發(fā)展過程當(dāng)量溫差法諧波分解法美/1946蘇/50年代得熱=負(fù)荷反應(yīng)系數(shù)法ASHRAE/77年冷負(fù)荷系數(shù)法加/1967-71日射冷負(fù)荷系數(shù)Z傳遞函數(shù)改進典型建筑冷負(fù)荷溫差及冷負(fù)荷系數(shù)諧波反應(yīng)法完善穩(wěn)態(tài)計算法得熱≠負(fù)荷我國根據(jù)不同對象推薦采用：冬季,內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷外圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷室內(nèi)冷負(fù)荷窗戶日射冷負(fù)荷4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.1得熱與負(fù)荷的基本概念負(fù)荷計算方法與模擬軟件第45頁/共169頁4－46冷負(fù)荷指標(biāo)裝機容量的冷負(fù)荷指標(biāo)/W/m2<5858.1-69.869.9-81.481.5-9394-104.7104.8-16.3>116.3賓館飯店數(shù)量/個01254210賓館飯店百分比/%04.18.320.316.78.341.7合計百分比/%33.266.7冷負(fù)荷指標(biāo)實際開機容量的冷負(fù)荷指標(biāo)/W/m2<5858.1-69.869.9-81.481.5-9394-104.7104.8-16.3>116.3賓館飯店數(shù)量/個2893200賓館飯店百分比/%8.333.337.512.58.300合計百分比/%91.68.3實際開機容量＜裝機容量——設(shè)備閑置浪費驚人的浪費?。颖緮?shù)：24）第46頁/共169頁4－47

穩(wěn)態(tài)算法不考慮建筑蓄熱，負(fù)荷預(yù)測值偏大動態(tài)算法，積分變換求解微分方程冷負(fù)荷系數(shù)法、諧波反應(yīng)法：夏季設(shè)計日動態(tài)模擬。計算機模擬分析軟件DOE2(美國)、HASP(日本)、ESP(英國)DeST(清華)4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.1得熱與負(fù)荷的基本概念負(fù)荷計算方法與模擬軟件第47頁/共169頁4－48冬季為什么采用穩(wěn)定計算方法，而夏季采用非穩(wěn)定計算方法？問題：4.2.2穩(wěn)定計算方法tws,tnstnwtww,△to,max△to,max比較：△tw,

和t=tw-tnCLQwinter=HG=KwFw(tw-tn)第48頁/共169頁4－49

方法采用室內(nèi)外瞬時溫差或平均溫差，負(fù)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于室內(nèi)外溫度的波動值（如冬季負(fù)荷計算、夏季內(nèi)墻負(fù)荷計算等）4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.2穩(wěn)定計算方法第49頁/共169頁4－50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：積分變換法基本原理(1)4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.3非透明體圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法第50頁/共169頁4－51積分變換法基本原理(2)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4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.3非透明體圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法如何選用？偏微分方程變換為常微分方程常微分方程變換為代數(shù)方程第51頁/共169頁4－52拉普拉斯變換的解形式：傳遞矩陣或s-傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)問題的解積分變換法基本原理(3)4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.3非透明體圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法系統(tǒng)Input(t)Output(t)第52頁/共169頁4－53疊加單元擾量

擾量τ單元擾量響應(yīng)響應(yīng)τ分解拉普拉斯變換：熱傳遞過程是線性定常系統(tǒng)傅立葉變換：擾量周期變化Z變換：擾量非規(guī)則變化擾量擾量Input()ττ室外參數(shù)τ三角波分解諧波反應(yīng)法疊加條件：線性定常系統(tǒng)傳遞函數(shù)冷負(fù)荷系數(shù)法積分變換法基本原理(4)第53頁/共169頁4－54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。典型擾量輸入：室外空氣溫度，輸出：室內(nèi)壁溫反應(yīng)系數(shù)法(冷負(fù)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)，再進行疊加獲得室內(nèi)負(fù)荷。對應(yīng)離散系統(tǒng)，拉普拉斯變換轉(zhuǎn)化為Z變換典型擾量輸入：室內(nèi)熱源得熱，輸出：室內(nèi)負(fù)荷積分變換法基本原理(5)4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.3非透明體圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法第54頁/共169頁4－55＝＋＋16.9℃-55152535450144028804320576072008640-200200144028804320576072008640-7.507.5050100150武漢市室外干球溫度的全年變化傅立葉級數(shù)分解諧波反應(yīng)法(1)4.2.3非透明體圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法第55頁/共169頁4－56室外溫度按余弦波（傅氏級數(shù)）分解（負(fù)荷為各階余弦波響應(yīng)之和）————

諧波反應(yīng)計算方法波幅的衰減相位的延遲系統(tǒng)tz,n()n,n()擾量響應(yīng)ntz,pAnT/ntzτn△n,n=An/n＝△tz,n/n室外空氣綜合溫度室內(nèi)壁面溫度擾量響應(yīng)擾量響應(yīng)?An＝△tz,nBn＝△n,n諧波反應(yīng)法(2)——單一諧波4.2.3非透明體圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法諧波反應(yīng)法第56頁/共169頁4－57室外空氣綜合溫度1階諧波2階諧波3階諧波時刻/h平均值n、n——圍護結(jié)構(gòu)對n階綜合溫度擾量傳至內(nèi)表面的衰減度及相位延遲時間，定義：對于諧波疊加的室外(綜合)空氣溫度：如用振幅表示：諧波反應(yīng)法(3)——多階諧波4.2.3非透明體圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法第57頁/共169頁4－58雙向(諧波)變化——疊加計算穩(wěn)定傳熱： tz,p

、

tn,p→qn,p=K（tz,p－tn,p）①qn

()

=①+②+③＝qn,p+△qn1

()

+

△qn2

()tn=C,僅△tz()作用:△tz()→△n()→△qn1()②tz=C,僅△tn()作用:△tn()

→△n()→△qn2()③外表面瞬時得熱：內(nèi)表面瞬時放熱：取得νn、n的途徑：

大量性能試驗得到（但很有限），目前手冊中的大部分?jǐn)?shù)據(jù)屬這類；理論計算得到（見4.1.2）。（傳入室內(nèi)的得熱量）諧波反應(yīng)法(4)——得熱計算4.2.3非透明體圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法第58頁/共169頁4－59諧波反應(yīng)法(5)——負(fù)荷計算室外空氣綜合溫度擾量房間得熱房間負(fù)荷墻體衰減延遲房間衰減延遲n、nn、’nNo.14第59頁/共169頁4－60外表面太陽吸收系數(shù)房間的衰減與延遲負(fù)荷溫差n’,’n

冷負(fù)荷溫度諧波反應(yīng)法(6)——工程簡便計算方法4.2.3非透明體圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法n’,’n

第60頁/共169頁4－61軟件名功能負(fù)荷計算方法條件DOE-2（美）全年逐時能耗模擬反應(yīng)系數(shù)法恒物性ESP（英）建筑、設(shè)備系統(tǒng)能耗有限差分法變物性EnergyPlus（美）建筑、設(shè)備系統(tǒng)能耗傳遞函數(shù)法(反應(yīng)系數(shù)法)恒物性HASP(日本)建筑、設(shè)備系統(tǒng)能耗熱平衡法恒物性DeST(中)建筑、設(shè)備系統(tǒng)能耗狀態(tài)空間法恒物性

其他還有：BLAST（美）、NBSLD（美）計算機模擬分析軟件概況z4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.3非透明體圍護結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法第61頁/共169頁4－62

DOE-2(Design

ofExperience)由美國能源部主持，美國LBNL開發(fā)，于1979年首次發(fā)布的建筑全年逐時能耗模擬軟件，是目前國際上應(yīng)用最普遍的建筑熱模擬商用軟件，用戶數(shù)估計達(dá)到1000~2500家，遍及40多個國家。其中冷熱負(fù)荷模擬部分采用的是反應(yīng)系數(shù)法，假定室內(nèi)溫度恒定，不考慮不同房間之間的相互影響。

EnergyPlus美國LBNL90年代開發(fā)的商用、教學(xué)研究用的建筑熱、光模擬＋系統(tǒng)軟件。采用的是傳遞函數(shù)法（反應(yīng)系數(shù)法）。z計算機模擬分析軟件概況第62頁/共169頁4－63ESP-r(EnergySimulationProgramforResearch)ESP(ESP-r)是由英國Strathclyde大學(xué)的能量系統(tǒng)研究組1977－1984年間開發(fā)的建筑環(huán)境與設(shè)備系統(tǒng)能耗動態(tài)模擬軟件。負(fù)荷算法采用的是有限差分法求解一維傳熱過程，而不需要對基本傳熱方程進行線性化，因此可模擬具有非線性部件的建筑的熱過程，如有特隆布墻(Trombewall)或相變材料等變物性材料的建筑。采用的時間步長通常以分鐘為單位。該軟件對計算機的速度和內(nèi)存有較高要求。

HASP(Heating,Air-conditioningandSanitayEngineeringProgram)

日本1971開發(fā)，采用熱平衡方法動態(tài)計算負(fù)荷，強化建筑并考慮系統(tǒng)的能耗模擬軟件。z計算機模擬分析軟件概況第63頁/共169頁4－64DeST(Designer’sSimulationToolkit)90年代清華大學(xué)開發(fā)的建筑與HVAC系統(tǒng)分析和輔助設(shè)計軟件。負(fù)荷模擬部分采用狀態(tài)空間法，即采用現(xiàn)代控制論中的“狀態(tài)空間”的概念，把建筑物的熱過程模型表示成：狀態(tài)空間法的求解是在空間上進行離散，在時間上保持連續(xù)。對于多個房間的建筑，可對各圍護結(jié)構(gòu)和空間列出方程聯(lián)立求解，因此可處理多房間問題。其解的穩(wěn)定性及誤差與時間步長無關(guān)，因此求解過程所取時間步長可大至1小時，小至數(shù)秒鐘，而有限差分法只能取較小的時間步長以保證解的精度和穩(wěn)定性。但狀態(tài)空間法與反應(yīng)系數(shù)法和諧波反應(yīng)法相同之處是均要求系統(tǒng)線性化，不能處理相變墻體材料、變表面換熱系數(shù)、變物性等非線性問題。z分階段計算機模擬分析軟件概況第64頁/共169頁4－65日射得熱溫差傳熱得熱得熱分析：——玻璃吸收的太陽輻射向室內(nèi)傳入的分額4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.4半透明體圍護結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法半透明體圍護結(jié)構(gòu)得熱1。日射透射得熱2。內(nèi)壁面對流得熱：日射吸熱得熱、溫差傳熱得熱q=Iq=I第65頁/共169頁4－66定義：日射得熱因數(shù)處理方法：先解標(biāo)準(zhǔn)玻璃得熱，其他玻璃則采用修正系數(shù)半透明體圍護結(jié)構(gòu)得熱工程處理：定義標(biāo)準(zhǔn)玻璃標(biāo)準(zhǔn)玻璃：我國采用3mm厚的普通玻璃當(dāng)入射角為i=0

時，

=0.8，=0.074，=0.126標(biāo)準(zhǔn)玻璃日射得熱——日射得熱因數(shù)Ds第66頁/共169頁4－67吸熱玻璃：在玻璃中添加金屬離子或某些物質(zhì)形成著色玻璃，獲得較高吸收率。20世紀(jì)60年代流行——豐富色彩。反射玻璃：在玻璃表面附加一層膜，使之反射更多太陽輻射，獲得較高反射率。20年代70世紀(jì)流行——映射景色。吸熱玻璃與反射玻璃比較玻璃溫度： 31.4℃39.5℃36.8℃比較條件：厚度3mm，環(huán)境：32℃，室內(nèi)：24℃，太陽日射強度：600W/m2，溫差傳熱：49.4W/m2普通玻璃吸熱玻璃反射玻璃0.865

0.06

0.051

0.111

0.024

0.889

0.075

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半透明體圍護結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法玻璃面發(fā)展及其節(jié)能特性第67頁/共169頁4－68low-e玻璃：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。4.2.4半透明體圍護結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法玻璃面發(fā)展及其節(jié)能特性第68頁/共169頁4－694.2.4半透明體圍護結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法玻璃面發(fā)展及其節(jié)能特性可見光冬季型Low-E玻璃7.0%45.6%45,2%2.2%普通玻璃高高高低吸熱玻璃中中中低反射玻璃低低

中低

low-e玻璃低低低近紅外線可見光紫外線長波紅外線透過率高～中內(nèi)鍍非常薄但又耐久的鍍銀薄層。20世紀(jì)80年代盛行——節(jié)能玻璃?！募尽鷸|西向第69頁/共169頁4－707030透過：100打開的窗戶僅內(nèi)窗簾19對流：4透過：77816mm普玻透過：19對流：32反射：4951反射對流6mm+內(nèi)百葉82對流：8透過：1018反射對流外百葉+6mm各種遮陽及遮擋的日射得熱比較降低通過玻璃門窗傳入室內(nèi)熱量的措施4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.4半透明體圍護結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法第70頁/共169頁4－71有效面積系數(shù)地點修正系數(shù)降低通過玻璃門窗傳入室內(nèi)熱量的措施4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.4半透明體圍護結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法玻璃的遮陽系數(shù)(遮擋系數(shù))窗戶的遮陽系數(shù)窗戶面積例4-8、例4-9不同措施的日射得熱窗玻璃的遮陽系數(shù)窗戶得熱第71頁/共169頁4－72降低通過玻璃門窗傳入室內(nèi)熱量的措施4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.4半透明體圍護結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法通風(fēng)窗、雙層通風(fēng)玻璃幕墻

內(nèi)藏百葉排風(fēng)排風(fēng)內(nèi)藏百葉內(nèi)玻璃幕墻外玻璃幕墻回/排風(fēng)卷簾百葉外玻璃幕墻回/排風(fēng)卷簾百葉外玻璃幕墻回/排風(fēng)通風(fēng)窗空氣屏障式吸熱后產(chǎn)生煙囪效應(yīng)自然機械通風(fēng)排熱改善窗際微環(huán)境原理：節(jié)能第72頁/共169頁4－73特隆布墻第73頁/共169頁4－74第74頁/共169頁4－75通風(fēng)夾層的節(jié)能特性No.15第75頁/共169頁4－76

通風(fēng)雙層玻璃窗，內(nèi)置百頁呼吸式玻璃幕墻：第76頁/共169頁4－77a)外立面 b)通風(fēng)換氣層圖4-29雙層通風(fēng)玻璃幕墻降低通過玻璃門窗傳入室內(nèi)熱量的措施雙層通風(fēng)玻璃幕墻

與通風(fēng)窗之區(qū)別？第77頁/共169頁4－78半透明體圍護結(jié)構(gòu)負(fù)荷計算方法4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.4半透明體圍護結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法擾量得熱得熱擾量負(fù)荷傳導(dǎo)負(fù)荷日射負(fù)荷經(jīng)過了什么部件被衰減和延遲了?第78頁/共169頁4－79負(fù)荷溫差：與什么因素有關(guān)？玻璃窗日射冷負(fù)荷玻璃窗傳導(dǎo)冷負(fù)荷n’,n’降低通過玻璃門窗傳入室內(nèi)熱量的措施4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.4半透明體圍護結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法工程處理：日射負(fù)荷強度=日射得熱×日射負(fù)荷系數(shù)n’,n’第79頁/共169頁4－80處理方式：太陽輻射中不考慮直射輻射。有陰影與無陰影混合作用：

分別考慮，按面積 計算各得熱。陰影面積：可由幾何關(guān)系求解?？照{(diào)得熱計算：按最不利情況計算，不考慮 因陰影面而引起的得熱減少。降低通過玻璃門窗傳入室內(nèi)熱量的措施4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.4半透明體圍護結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法外遮陽陰影面處理第80頁/共169頁4－81冷負(fù)荷系數(shù)法——原理4.2.5冷負(fù)荷系數(shù)法與室內(nèi)負(fù)荷室內(nèi)熱源簡化基本思想：擾量×系數(shù)室內(nèi)熱源設(shè)備：冷負(fù)荷系數(shù)HG(0)——內(nèi)熱源散熱量-0——熱源開始散熱至計算時刻CLQ(-0)——冷負(fù)荷系數(shù)負(fù)荷強度系數(shù)，它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)。第81頁/共169頁4－82冷負(fù)荷系數(shù)求解原理圖（照明負(fù)荷）135791113151719第1小時第2小時第3小時第4小時時刻/h00.20.40.60.81135791113使用時數(shù)=1h得熱：擾量負(fù)荷：響應(yīng)熱量比例時刻/h00.20.40.60.81135791113151719第1小時第2小時時刻/h負(fù)荷qτ冷負(fù)荷系數(shù)的簡便計算4.2.5冷負(fù)荷系數(shù)法與室內(nèi)負(fù)荷第82頁/共169頁4－83QTZ00－T圖4-31周期性階躍擾量作用示意L冷負(fù)荷系數(shù)的簡便計算4.2.5冷負(fù)荷系數(shù)法與室內(nèi)負(fù)荷qτ第83頁/共169頁4－84

計算基數(shù)：輸入功率N（電動設(shè)備安裝功率）/kW注意計算時應(yīng)考慮：①n1利用系數(shù)(最大實耗功率與安裝功率之比)；②n2同時使用系數(shù)；③n3負(fù)荷系數(shù)(實耗功率與最大實耗功率之比)

；④n4有局部排風(fēng)時應(yīng)考慮排風(fēng)帶走熱量的系數(shù)。室內(nèi)室外得熱熱能機械能功率熱能判別主要常見設(shè)備有電熱設(shè)備、電動設(shè)備/考慮電動機效率η工藝設(shè)備電動機得熱計算式/W電動設(shè)備室內(nèi)室內(nèi)Q=1000n1n2n3N/室內(nèi)Q=1000n1n2n3N室內(nèi)Q=1000n1n2n3(1-)N/電熱設(shè)備室內(nèi)Q=1000n1n2n3n4N室內(nèi)負(fù)荷4.2.5冷負(fù)荷系數(shù)法與室內(nèi)負(fù)荷設(shè)備得熱與負(fù)荷第84頁/共169頁4－85人體顯熱潛熱輻射熱對流熱對流熱吸收熱負(fù)荷水分蒸發(fā)：水分溫度↑濕度↑得熱室內(nèi)負(fù)荷4.2.5冷負(fù)荷系數(shù)法與室內(nèi)負(fù)荷人體得熱與負(fù)荷例4-10第85頁/共169頁4－86諧波反應(yīng)法的簡化算法與冷負(fù)荷系數(shù)法形式一致。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。只是在一定程度上反應(yīng)了得熱和冷負(fù)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(yuǎn)，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。積分變換法/兩種積分變換法總結(jié)4.2.5冷負(fù)荷系數(shù)法與室內(nèi)負(fù)荷第86頁/共169頁4－87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(fù)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)值求解網(wǎng)絡(luò)平衡法原理：工程應(yīng)用：壓差法、縫隙法、換氣次數(shù)法

節(jié)點平衡：Gi＝0

回路壓力平衡：P＝0通風(fēng)滲透得熱=室內(nèi)外焓差×滲透風(fēng)量＝負(fù)荷為什么？計算關(guān)鍵？4.2房間冷負(fù)荷的形成及其計算方法概述4.2.6通風(fēng)滲透負(fù)荷第87頁/共169頁4－88指數(shù)孔口出流滲流(流道細(xì)小)門窗滲透n0.511/1.5風(fēng)壓正壓空調(diào)熱壓下部滲入上部滲出高層建筑夏季冬季負(fù)壓滲入正壓滲出負(fù)壓空調(diào)迎風(fēng)面滲入被風(fēng)面滲出氣密性室外風(fēng)速①壓差法②縫隙法③換氣次數(shù)法壓差高大空間自然通風(fēng)流量平衡網(wǎng)絡(luò)法①②La=klal=f(室外風(fēng)速,門窗結(jié)構(gòu),門窗縫隙長度）③La=nV=f（換氣次數(shù)，室容積）第三章視情況考慮一般考慮滲透動力起因現(xiàn)象影響因素方法多開口？4.2.6通風(fēng)滲透負(fù)荷計算方法分析第88頁/共169頁4－89濕源：人員、工藝設(shè)備、水槽、地面積水等；散濕均變?yōu)樗矔r負(fù)荷；圍護結(jié)構(gòu)與家具的蓄濕作用一般不考慮。濕表面功率為N的熱源加熱蒸發(fā)濕表面散濕量：教材式(4-121)符號見教材P.182冷負(fù)荷：蒸汽潛熱，一般蒸汽的顯熱不考慮濕負(fù)荷：蒸汽量自然蒸發(fā)濕負(fù)荷：式(4-121)蒸汽源冷負(fù)荷：根據(jù)設(shè)備散熱方式，由N確定濕負(fù)荷：式(4-121)工藝性發(fā)濕除外4.3室內(nèi)濕環(huán)境的形成4.3.1室內(nèi)濕源及其散濕量人體第89頁/共169頁4－90圍護結(jié)構(gòu)傳濕與傳熱具有相似性，其蒸汽滲透量(濕負(fù)荷)為：4.3室內(nèi)濕環(huán)境的形成4.3.2墻體傳濕及計算第90頁/共169頁4－91每層界面上溫度：

每層界面上水蒸汽分壓力：導(dǎo)熱系數(shù)大——溫降小滲透系數(shù)大——分壓力降小λa＜λbt(x)

↓Pb[t(x)]=Pb(x)p(x)冷凝？λva＞

λvbpwPb水汽方向CBApntwPbtn水汽方向ACB4.3室內(nèi)濕環(huán)境的形成4.3.2墻體傳濕及計算第91頁/共169頁4－92目的：建筑物內(nèi)部無水汽凝結(jié)（美觀、減少發(fā)病率、降低采暖費、延長建筑壽命）檢驗方法：使建筑物表面(表面結(jié)露)、各層(內(nèi)部結(jié)露)1)調(diào)整各材料層順序；見圖保溫層：導(dǎo)熱系數(shù)小，但滲透系數(shù)大。圖中A相當(dāng)于保溫層、B相當(dāng)于隔汽層2)

設(shè)置隔汽層；布置原則：“進難易出”見圖（水汽側(cè)）內(nèi)－隔汽層－保溫層－外采暖房間？冷庫？

3)設(shè)置通風(fēng)間層或泄汽溝道消除圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝的方法Pi(x)≯pb(x)pwPbpn水汽方向CAB水汽方向CBApwPbpn4.3室內(nèi)濕環(huán)境的形成4.3.3圍護結(jié)構(gòu)結(jié)露及其防治例4-11λva＞

λvbpwPb水汽方向CBApn大Rv材料第92頁/共169頁4－93S＞0S＜0S=0人體體溫生理特征

肝臟：最高，38℃

皮膚：與外界環(huán)境有關(guān)各部分溫差不會太大日夜有1℃以內(nèi)的波動代表溫度：核心溫度4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.1熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ)生理特征蓄熱№15第93頁/共169頁4－94人體體溫的表示核心溫度——下丘腦部位處皮膚溫度易測的代表溫度——表4-38直腸溫度平均溫度(在熱環(huán)境中)

(在冷環(huán)境中)人體體溫生理特征4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.1熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ)第94頁/共169頁4－95人體的正常溫度人體體溫生理特征4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.1熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ)HotCold38oC32oC人的正常體溫：36.5℃人的皮膚表面溫度為：33.3℃?第95頁/共169頁4－96

冷感受器處的皮膚結(jié)構(gòu)人體各部位的冷點數(shù)目明顯多于熱點。問題：為什么人對冷更敏感？人體熱感受系統(tǒng)4.4.1熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ)皮下~0.2mm皮下~0.6mm第96頁/共169頁4－97人體的皮膚和內(nèi)臟器官有無數(shù)個“冷點”（冷感受器）和“熱點”（熱感受器），它們使大腦產(chǎn)生冷熱感覺的作用系統(tǒng)如下：表皮0.2mm真皮0.6mm深部脂肪層10mm熱感受器位于皮膚表面下0.3-0.6mm冷感受器位于皮膚表面下0.15-0.17mm溫度內(nèi)臟皮膚溫度核心溫度大腦熱感冷感主觀心理描述客觀生理反應(yīng)客觀生理反應(yīng)

冷熱感受系統(tǒng)4.4.1熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ)人體熱感受系統(tǒng)第97頁/共169頁4－98人體與非生物體的區(qū)別：人體的溫度和散熱量并不完全由環(huán)境因素決定，在一定環(huán)境參數(shù)范圍內(nèi)人體的體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以將人體的核心溫度維持在一個適合于生存的較窄的范圍內(nèi)比較核心溫度與設(shè)定值偏差生理反應(yīng)=f(M)=f(活動量)靜止:36.8℃;步行:37.4℃；慢跑:37.9℃;劇烈運動:39.5℃;…

自調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)4.4.1熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ)人體的體溫自調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)第98頁/共169頁4－99下丘腦是調(diào)節(jié)內(nèi)臟活動的較高級中樞，可分為前、后、內(nèi)、外四個區(qū)。具有：體溫調(diào)節(jié)、攝食行為調(diào)節(jié)、水平衡調(diào)節(jié)、對情緒反應(yīng)的調(diào)節(jié)、對生物節(jié)律的控制等。其中體溫調(diào)節(jié)：只有保留下丘腦及其以下神經(jīng)結(jié)構(gòu)的完整動物才有恒定體溫的能力。下丘腦存在體溫調(diào)節(jié)中樞及其既能感受溫度變化，又能對傳入溫度信息進行整合的溫度敏感神經(jīng)元。第99頁/共169頁4－100

大腦皮層

↓神經(jīng)遞質(zhì)丘腦下部↓促激素釋放（抑制）因子垂體↓促激素外周腺體↓激素外圍激素↓最終靶細(xì)胞上一級對下一級的調(diào)節(jié)激素分泌的調(diào)節(jié)控制第100頁/共169頁4－101下丘腦具有調(diào)節(jié)代謝、體溫和內(nèi)分泌功能：前部主要促進散熱來降溫，后部促進產(chǎn)熱抵御寒冷。

散熱調(diào)節(jié)方式血管擴張，增加血流，提高表皮溫度出汗

御寒調(diào)節(jié)方式血管收縮，減少血流，降低表皮溫度通過冷顫增加代謝率在體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)正常工作時，增加環(huán)境溫度并不能提高人體的核心溫度（直腸溫度）。只有改變代謝率才能改變?nèi)梭w核心溫度。

幾個概念4.4.1熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ)人體的體溫自調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)第101頁/共169頁4－102人體水分蒸發(fā)的生理現(xiàn)象被動水分損耗皮膚、肺部水蒸氣分壓力差汗腺分泌蒸發(fā)皮膚熱不平衡呼吸顯熱散熱皮膚汗液蒸發(fā)散熱皮膚濕擴散散熱呼吸潛熱散熱歸納4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.1熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ)第102頁/共169頁4－103研究方法：心理學(xué)，研究感覺與刺激間的關(guān)系學(xué)科稱為心理物理學(xué)。定義：人對周圍環(huán)境“冷”“熱”的主觀描述。特點：盡管人描述環(huán)境的冷熱，實際上只能感覺到自己皮膚下神經(jīng)末梢的溫度。所以“冷”“熱”與感受者的身體狀態(tài)有關(guān)，不是完全客觀的反映。

“中性”的定義：不冷不熱，人用于體溫調(diào)節(jié)消耗的能量最小。度量：感覺不能用任何直接的方法測量。熱感覺4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.2熱濕環(huán)境中的人體心理學(xué)基礎(chǔ)幾個概念第103頁/共169頁4－104皮膚溫度變化率對冷/熱閾的作用敏感區(qū)敏感區(qū)遲鈍區(qū)420-1冷熱感覺閾℃皮膚溫度變化率/℃/s溫度變化率對冷閾和暖閾的作用熱感覺4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.2熱濕環(huán)境中的人體心理學(xué)基礎(chǔ)第104頁/共169頁4－105實線—暖閾、涼閾虛線—感覺變化閾皮膚感覺與適應(yīng)溫度以及變化量之間的關(guān)系結(jié)論？適應(yīng)溫度的變化/K適應(yīng)溫度/℃問題：環(huán)境溫度30℃時，在什么情況下感覺暖？問題：環(huán)境溫度36℃時，在什么情況下感覺涼？熱感覺4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.2熱濕環(huán)境中的人體心理學(xué)基礎(chǔ)熱感冒第105頁/共169頁4－106一只手浸入熱水后的疼痛強度問題：浸在45℃的水中，感到疼痛的時間約多少？水溫（℃）時間（s）←疼痛強度痛閾18s后疼痛消失4847464543熱感覺4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.2熱濕環(huán)境中的人體心理學(xué)基礎(chǔ)描述人對熱刺激的反應(yīng)

第106頁/共169頁4－107熱舒適4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.2熱濕環(huán)境中的人體心理學(xué)基礎(chǔ)當(dāng)人獲得一個快感的刺激時是舒服的，但此時可能熱感覺可能是中性的甚至是非中心的同樣的手溫有時感到舒適有時感到不舒適，說明了什么？第107頁/共169頁4－108冷感覺一般情況取決于平均皮膚溫度；熱感覺最初取決于皮膚溫度，而后取決于深部體溫；熱舒適感——可以獲得快感的刺激；可以消除熱不舒適感為什么？熱舒適4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.2熱濕環(huán)境中的人體心理學(xué)基礎(chǔ)comfort,thermal:

thatconditionofmindwhichexpressessatisfactionwiththethermalenvironment,itrequiressubjectiveevaluation.—ASHRAE55-1992andisassessedbysubjectiveevaluation.—ASHRAE55-2004ThermalEnvironmentalConditionsforHumanOccupancyASHRAE55:標(biāo)度——表4-40—ISO7730第108頁/共169頁4－109人體蓄熱率人體能量代謝率人體產(chǎn)熱率與室內(nèi)相對濕度有關(guān)與活動強度有關(guān)衣著主要影響因素:環(huán)境(t,,v,tr)衣著活動量與表面溫度tr有關(guān)人體所作機械功人體與環(huán)境輻射換熱率人體與環(huán)境對流換熱率人體蒸發(fā)散熱率與室溫ｔ、氣流風(fēng)速ｖ有關(guān)熱平衡方程4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.3人體熱平衡方程以及熱舒適性描述第109頁/共169頁4－110人體感到舒適的必要條件：S=0 人體感到舒適的充分條件：人體按正常比例散熱對流散熱/總散熱輻射散熱/總散熱呼吸、無感覺蒸發(fā)散熱/總散熱25～30%45～50%25～30%當(dāng)S=0時：

將前述各散熱量計算式代入方程式，可以得到公式（5-32），即人體蓄熱量S取決于6個因素的定量描述：P.O.Fanger熱舒適方程人體正常的散熱范圍：熱舒適方程4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.3人體熱平衡方程以及熱舒適性描述第110頁/共169頁4－111蓄熱量不同時的生理現(xiàn)象4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.3人體熱平衡方程以及熱舒適性描述S>0：體溫升高，40℃時人出汗停止；43.5 ℃時人死亡。S<0:體溫降低，人體顫抖；34℃時，肌肉適應(yīng)，停止顫抖；28℃時，呼吸停止，人死亡。第111頁/共169頁4－112產(chǎn)能量(代謝率)進食體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)等客觀因素:活動強度/環(huán)境/性別/年齡/進食后時間長短/等主觀因素:神經(jīng)緊張程度等作機械功皮膚/服裝/呼吸熱交換環(huán)境熱平衡與無生命物質(zhì)能量平衡的主要區(qū)別單位met：1met=58.2W/m2，即成年男子靜坐時的代謝率。成年男子RMB：46W/m2/0.8metBMR變化范圍：10~15％。超過20％為病態(tài)。影響因素基礎(chǔ)代謝率/RMB→維持生命所需最低產(chǎn)能→用于比較不同條件時的代謝率/早餐前清醒靜臥半小時,室溫為18～25℃測得人體能量代謝率M4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.3人體熱平衡方程以及熱舒適性描述研究方法第112頁/共169頁4－113人體能量代謝率MM=f(耗氧量、CO2排放量)=f(活動量)1met0.83km/h2.03.08.05km/h10km/h1.4一般室內(nèi)運動代謝率多在5met以下

肌肉活動強度對代謝率起決定性的影響表4-42式4-134人體能量如何分配？4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.3人體熱平衡方程以及熱舒適性描述研究方法？定量方法表面積＝1.8m2,中國人的表面積1.5～1.8m2；第113頁/共169頁4－114定義：人體的機械效率∵S=0時：C+R+E=(M-W)實際<M計算空調(diào)負(fù)荷計算時：取η≈0，即：W≈0——偏安全計算問題：人體是高效的能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)嗎？人體所作的機械功W4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.3人體熱平衡方程以及熱舒適性描述<0.2第114頁/共169頁4－115呼吸顯熱散熱：皮膚汗液蒸發(fā)散熱：皮膚濕擴散散熱：呼吸潛熱散熱；人體平均皮膚溫度：皮膚呼吸人體總蒸發(fā)散熱量E4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.3人體熱平衡方程以及熱舒適性描述第115頁/共169頁4－116ε——人體表面發(fā)射率，灰體且長波輻射時等于吸收率feff——人體有效輻射面積修正系數(shù)，考慮不同姿勢的修正σ——斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)5.67×10-8W/m2K4tcl——衣服外表面溫度：②

①0.80.40.70.780.720.7人體外表面與外界的輻射換熱量R4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.3人體熱平衡方程以及熱舒適性描述第116頁/共169頁4－117tcl——可以通過①②③聯(lián)立求解③人體外表面與周圍環(huán)境空氣的對流換熱量C4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.3人體熱平衡方程以及熱舒適性描述fcl──人體服裝面積系數(shù)，它是著裝后實際表面積Acl與人體裸身表面積AD之比，即：對流換熱第117頁/共169頁4－118當(dāng)S=0人體達(dá)到熱平衡時有：4.4熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)4.4.3人體熱平衡方程以及熱舒適性描述舒適性方程及其影響因素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六個影響參數(shù)：第118頁/共169頁4－119成年男子在不同環(huán)境溫度下的散熱工程上婦女、兒童散熱取值為男子散熱參數(shù)的85%全熱：主要決定于肌肉活動強度，其它因素影響在應(yīng)用上可以忽略。顯熱：決定于環(huán)境溫度，隨溫度上升而減少。潛熱(散濕)：決定于環(huán)境溫度，隨溫度上升而增加。正常情況下，提高環(huán)境溫度僅影響出汗速率，不影響直腸、皮膚溫度。人體總散熱量4.4.3人體熱平衡方程以及熱舒適性描述第119頁/共169頁4－120S=(M-W)

1.7310-2

M(5.867

Pa

)

0.0014M(34

ta

)

3.05[5.7330.007(MW)

Pa

]0.42(MW58.2)

皮膚擴散蒸發(fā)散熱 汗液蒸發(fā)散熱

fclcl

(tcl

-ta

)

3.9610-8

fcl[(tcl+273)4(mrt+273)4]

對流散熱 輻射散熱

=TL=S=(M-W)－(E±

C±R＋)=

0

呼吸潛熱呼吸顯熱散熱達(dá)到熱平衡時4.5人對熱濕環(huán)境的評價4.5.1PMV-PPD指標(biāo)及其影響因素舒適性方程PMVS

PMV：客觀物理量感覺主觀定量PMV熱感覺標(biāo)尺+3熱+2暖+1微暖0適中-1微涼-2涼-3冷表4-43第120頁/共169頁4－121PMVPPD通過滿意度描述由大量試驗獲得PMV指標(biāo)只代表了同一環(huán)境下絕大多數(shù)人的感覺，不能代表所有個人的感覺。PPD是通過概率分析確定某環(huán)境條件下人群不滿意的百分?jǐn)?shù)即便達(dá)到PMV＝0，仍然有5％的人不滿意。PMVPPD4.5人對熱濕環(huán)境的評價4.5.1PMV-PPD指標(biāo)及其影響因素第121頁/共169頁4－1224.5人對熱濕環(huán)境的評價4.5.1PMV-PPD指標(biāo)及其影響因素環(huán)境參數(shù)環(huán)境參數(shù)活動量衣著可以有ta、Pa()、va、

mrt、

M、Icl多種組合達(dá)到同樣的感覺PMV季節(jié)溫度相對濕度速度夏季22～28℃40～65％≤0.3m/s冬季18～24℃30～60％≤0.2m/sta

a

vata：決定了能耗a

：決定了排汗氣流形式干冷濕冷悶熱皮膚潤濕度=體表實際蒸發(fā)散熱量最大潛熱散熱量體表全部被汗?jié)駶櫋恫膳L(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50019-2003：第122頁/共1