建筑環(huán)境學(xué) 熱濕環(huán)境

建筑環(huán)境學(xué)熱濕環(huán)境第1頁/共84頁2基本概念

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱作用過程：無論是通過圍護(hù)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(duì)流換熱（對(duì)流質(zhì)交換）、導(dǎo)熱（水蒸汽滲透）和輻射三種形式。對(duì)流換熱(對(duì)流質(zhì)交換)圍護(hù)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)第2頁/共84頁3基本概念

得熱(HeatGainHG)：某時(shí)刻在內(nèi)外擾作用下進(jìn)入房間的總熱量叫做該時(shí)刻的得熱。如果得熱<0，意味著房間失去熱量。圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱過程特點(diǎn)：由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱慣性的存在，通過圍護(hù)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(duì)流得熱第3頁/共84頁4非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面所吸收的太陽輻射熱不同的表面對(duì)輻射的波長(zhǎng)有選擇性，黑色表面對(duì)各種波長(zhǎng)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(hù)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。反射吸收第4頁/共84頁5太陽輻射在玻璃中傳遞過程

玻璃對(duì)輻射的選擇性0.8可見光近紅外線長(zhǎng)波紅外線普通玻璃的光譜透過率第5頁/共84頁6太陽輻射在玻璃中傳遞過程

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(duì)太陽輻射有高透和低透不同性能。低透low-e玻璃第6頁/共84頁7太陽輻射在玻璃中傳遞過程玻璃的吸收百分比a0:第7頁/共84頁8太陽輻射在玻璃中傳遞過程

陽光照射到單層半透明薄層時(shí)，半透明薄層對(duì)于太陽輻射的總反射率、吸收率和透過率是陽光在半透明薄層內(nèi)進(jìn)行反射、吸收和透過的無窮次反復(fù)之后的無窮多項(xiàng)之和。第8頁/共84頁9太陽輻射在玻璃中傳遞過程

陽光照射到雙層半透明薄層時(shí)，還要考慮兩層半透明薄層之間的無窮次反射，以及再對(duì)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9頁/共84頁10室外空氣綜合溫度

太陽直射輻射大氣長(zhǎng)波輻射太空散射輻射對(duì)流換熱地面反射輻射環(huán)境長(zhǎng)波輻射地面長(zhǎng)波輻射壁體得熱第10頁/共84頁1160℃！35℃！室外空氣綜合溫度Solar-airTemperature考慮了太陽輻射的作用對(duì)表面換熱量的增強(qiáng)，相當(dāng)于在室外氣溫上增加了一個(gè)太陽輻射的等效溫度值。是為了計(jì)算方便推出的一個(gè)當(dāng)量的室外溫度。如果考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與天空和周圍物體之間的長(zhǎng)波輻射： 如果忽略圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與天空和周圍物體之間的長(zhǎng)波輻射： 第11頁/共84頁12室外空氣綜合溫度

Solar-airTemperature

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(guān)？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(qǐng)?jiān)囁阋幌率⑾奶栂碌氖彝饪諝饩C合溫度比空氣溫度高多少？第12頁/共84頁13

圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與環(huán)境的長(zhǎng)波輻射換熱QL包括大氣長(zhǎng)波輻射以及來自地面和周圍建筑和其他物體外表面的長(zhǎng)波輻射。如果僅考慮對(duì)天空的大氣長(zhǎng)波輻射和對(duì)地面的長(zhǎng)波輻射，則有：白天有天空輻射嗎？試算一個(gè)夜間的室外空氣綜合溫度是多少？天空輻射（夜間輻射，有效輻射）第13頁/共84頁14通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)通過玻璃窗的得熱外表面對(duì)流換熱外表面日射通過墻體導(dǎo)熱兩種方式機(jī)理不同第14頁/共84頁15通過非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)由于熱慣性存在，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量和溫度的波動(dòng)幅度與外擾波動(dòng)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(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱能力。第15頁/共84頁16通過非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

非均質(zhì)板壁的一維不穩(wěn)定導(dǎo)熱過程：邊界條件：

t(x,0)=f(x)

其中內(nèi)表面長(zhǎng)波輻射：

第16頁/共84頁17x=0x=Qenv通過非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

利用室外空氣綜合溫度簡(jiǎn)化外邊界條件：實(shí)際由內(nèi)表面?zhèn)魅胧覂?nèi)的熱量為： 這部分熱量將以對(duì)流換 熱和長(zhǎng)波輻射的形式向 室內(nèi)傳播。只有對(duì)流換 熱部分直接進(jìn)入了空氣。第17頁/共84頁18通過非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

板壁各層溫度隨室外溫度的變化第18頁/共84頁19通過非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱

板壁內(nèi)表面溫度同時(shí)受室內(nèi)氣溫、室內(nèi)輻射熱源和其它表面的溫度影響氣象和室內(nèi)氣溫對(duì)板壁傳熱量的影響比較確定，容易求得內(nèi)表面輻射對(duì)傳熱量的影響較復(fù)雜，涉及角系數(shù)和各表面溫度第19頁/共84頁20內(nèi)表面輻射如何影響板壁的傳熱？Qin’=Qconv+Ql盡管Qin增加了，但Qout和Qcond卻是減少的。Tout,airQoutQcondQin=QconvTin,air第20頁/共84頁21通過非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱

內(nèi)表面輻射導(dǎo)致的傳熱量差值

將內(nèi)邊界條件線性化，則可利用線性疊加壓力將氣象與室內(nèi)氣溫的影響與其它部分分離出來，稱作：“通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱”，HGt=t1+t2Qin’(即前面的Qenv)和Qin(即HG)的差值為：氣象與室溫決定部分輻射造成的增量第21頁/共84頁22通過玻璃板壁的傳熱透過玻璃的日射得熱通過玻璃窗的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。第22頁/共84頁23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；玻璃層間可充空氣、氮、氬、氪等或有真空夾層；玻璃層數(shù)有單玻、雙玻、三玻等，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(duì)近紅外線高反射率的熱鏡膜。第23頁/共84頁24玻璃窗的種類與熱工性能

我國

民用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。

商用建筑有采用有色玻璃或反射鍍膜玻璃。發(fā)達(dá)國家

寒冷地區(qū)的住宅則多裝有充惰性氣體的雙玻窗

商用建筑多采用高絕熱性能的low-e玻璃窗。第24頁/共84頁25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25頁/共84頁26

透過單位面積玻璃的太陽輻射得熱：玻璃吸收太陽輻射造成的房間得熱：注意：玻璃吸熱后會(huì)向內(nèi)、外兩側(cè)散熱總得熱：HGsolar＝HGglass,+HGglass,a通過玻璃窗的得熱第26頁/共84頁27通過玻璃窗的得熱

可利用對(duì)標(biāo)準(zhǔn)玻璃的得熱SSGDi和SSGdif進(jìn)行修正來獲得簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果：實(shí)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)第27頁/共84頁28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，可使這種窗的遮檔系數(shù)Cs

低于0.3第28頁/共84頁29通過玻璃窗的長(zhǎng)波輻射???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-e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(zhǎng)波輻射的傳熱量可通過各層玻璃的熱平衡求得長(zhǎng)波輻射導(dǎo)熱和自然對(duì)流換熱長(zhǎng)波輻射室內(nèi)表面對(duì)玻璃的長(zhǎng)波輻射對(duì)流換熱第29頁/共84頁30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、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、遮陽蓬第30頁/共84頁31外遮陽和內(nèi)遮陽有何區(qū)別?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對(duì)流透過反射反射對(duì)流透過第31頁/共84頁32通風(fēng)雙層玻璃窗，內(nèi)置百頁第32頁/共84頁33內(nèi)百頁無通風(fēng)有通風(fēng)第33頁/共84頁34通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的濕傳遞

濕傳遞的動(dòng)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34頁/共84頁35實(shí)際水蒸汽分壓力飽和水蒸汽分壓力溫度通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的濕傳遞

當(dāng)墻體內(nèi)實(shí)際水蒸汽分壓力高于飽和水蒸汽分壓力時(shí)，就可能出現(xiàn)凝結(jié)或凍結(jié)，影響墻體保溫能力和強(qiáng)度。第35頁/共84頁36

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(jìn)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(duì)流：直接進(jìn)入空氣。顯熱熱源輻射散熱的波長(zhǎng)特征

可見光和近紅外線：燈具、高溫?zé)嵩矗姞t等）長(zhǎng)波輻射：人體、常溫設(shè)備

室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕第36頁/共84頁37室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕

室內(nèi)濕源包括人員、水面、產(chǎn)濕設(shè)備散濕形式：直接進(jìn)入空氣得熱往往考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)和家具的蓄熱，“得濕”一般不考慮“蓄濕”濕源與空氣進(jìn)行質(zhì)交換同時(shí)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：可僅考慮潛熱交換第37頁/共84頁38人體散熱散濕

見第五章！第38頁/共84頁39空氣滲透帶來的得熱

夏季：室內(nèi)外溫差小，風(fēng)壓是主要?jiǎng)恿Χ荆菏覂?nèi)外溫差大，熱壓作用往往強(qiáng)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《流體網(wǎng)絡(luò)原理》課程將介紹參考文獻(xiàn)：朱穎心，

水力網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)不穩(wěn)定過程的算法，《清華大學(xué)學(xué)報(bào)》,1989年,第5期工程應(yīng)用：縫隙法、換氣次數(shù)法第39頁/共84頁40網(wǎng)絡(luò)平衡法原理

節(jié)點(diǎn)平衡：AG＝0

回路壓力平衡：B

P＝0

各支路和節(jié)點(diǎn)均編號(hào)。網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣A元素aij：由i點(diǎn)到j(luò)點(diǎn)為1，反之為-1，無關(guān)為0。基本回路矩陣B元素bij：由j支路與i回路同向?yàn)?，反之為-1，無關(guān)為0。第40頁/共84頁41冷負(fù)荷與熱負(fù)荷

冷負(fù)荷：維持一定室內(nèi)熱濕環(huán)境所需要的在單位時(shí)間內(nèi)從室內(nèi)除去的熱量，包括顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷兩部分。如果把潛熱負(fù)荷表示為單位時(shí)間內(nèi)排除的水分，則又可稱作濕負(fù)荷。熱負(fù)荷：維持一定室內(nèi)熱濕環(huán)境所需要的在單位時(shí)間內(nèi)向室內(nèi)加入的熱量，包括顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷兩部分。如果只控制室內(nèi)溫度，則熱負(fù)荷就只包括顯熱負(fù)荷。第41頁/共84頁42負(fù)荷的大小與去除或補(bǔ)充熱量的方式有關(guān)

常規(guī)的送風(fēng)方式空調(diào)需要去除的是進(jìn)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(jìn)入到空氣中的熱量外，還包括貯存在熱表面上的熱量。第42頁/共84頁43各種得熱進(jìn)入空氣的途徑

潛熱得熱、滲透空氣得熱得熱立刻成為瞬時(shí)冷負(fù)荷通過圍護(hù)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(duì)流得熱部分立刻成為瞬時(shí)冷負(fù)荷輻射得熱部分先傳到各內(nèi)表面，再以對(duì)流形式進(jìn)入空氣成為瞬時(shí)冷負(fù)荷，因此負(fù)荷與得熱在時(shí)間上存在延遲。第43頁/共84頁44得熱與冷負(fù)荷的關(guān)系第44頁/共84頁45得熱與冷負(fù)荷的關(guān)系

冷負(fù)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(fù)荷＝對(duì)流部分輻射：負(fù)荷＝對(duì)流部分＋輻射部分熱源特性：對(duì)流與輻射的比例是多少？圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能：蓄熱能力如何？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！第45頁/共84頁46第46頁/共84頁47房間空氣的熱平衡關(guān)系

排除的對(duì)流熱＋空氣的顯熱增值＝

室內(nèi)熱源對(duì)流得熱＋壁面對(duì)流得熱＋滲透得熱第47頁/共84頁48室內(nèi)熱源對(duì)流得熱室內(nèi)熱源得熱＝室內(nèi)熱源對(duì)流得熱＋熱源向空調(diào)輻射板的輻射＋熱源向壁面的輻射第48頁/共84頁49壁面對(duì)流得熱通過圍護(hù)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(duì)流得熱＋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(zhǎng)波輻射＋本壁面向熱源的輻射Qcond第49頁/共84頁50房間的總冷負(fù)荷房間的各種得熱空氣的顯熱增值內(nèi)表面輻射導(dǎo)致的傳熱量差值得熱和冷負(fù)荷的差值房間空氣熱平衡的數(shù)學(xué)表達(dá)式

對(duì)輻射項(xiàng)進(jìn)行了線性化而導(dǎo)出第50頁/共84頁51第三類邊界條件：太難求解了！典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹非均勻板壁的不穩(wěn)定傳熱:其中內(nèi)表面長(zhǎng)波輻射：第51頁/共84頁521946.USA1950s.USSR1967.Canada典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

目的：使負(fù)荷計(jì)算能夠在工程應(yīng)用中實(shí)施發(fā)展：由不區(qū)分得熱和冷負(fù)荷發(fā)展到考慮二者的區(qū)別第52頁/共84頁53

穩(wěn)態(tài)算法不考慮建筑蓄熱，負(fù)荷預(yù)測(cè)值偏大動(dòng)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(jì)日動(dòng)態(tài)模擬。計(jì)算機(jī)模擬軟件

DOE2(美國)、HASP(日本)、ESP(英國)DeST(清華)常用的負(fù)荷求解法第53頁/共84頁54穩(wěn)態(tài)算法

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

特點(diǎn)簡(jiǎn)單，可手工計(jì)算未考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱性能，計(jì)算誤差偏大應(yīng)用條件蓄熱小的輕型簡(jiǎn)易圍護(hù)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(dòng)值第54頁/共84頁55穩(wěn)態(tài)算法舉例：北京室外氣溫和室內(nèi)控制溫度比較第55頁/共84頁56積分變換法原理

對(duì)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(gè)域中移到另一個(gè)域中，在這個(gè)新的域中，函數(shù)呈現(xiàn)較簡(jiǎn)單的形式，因此可以求出解析解。然后再對(duì)求得的變換后的方程解進(jìn)行逆變換，獲得最終的解。B域：?jiǎn)栴}容易求解對(duì)函數(shù)進(jìn)行積分變換求解A域：?jiǎn)栴}難以求解對(duì)函數(shù)解進(jìn)行積分逆變換獲得解第56頁/共84頁57為何板壁不穩(wěn)定傳熱適用拉普拉斯變換？

拉普拉斯變換的應(yīng)用條件時(shí)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(diǎn)復(fù)雜函數(shù)變?yōu)楹?jiǎn)單函數(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)的解的形式第57頁/共84頁58傳遞函數(shù)與輸入量、輸出量的關(guān)系積分變換法原理

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(hù)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。

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)。第58頁/共84頁59應(yīng)用條件

對(duì)于普通材料的圍護(hù)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(duì)于采用材料的物性參數(shù)隨溫度或時(shí)間有顯著變化的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程，就不能采用拉普拉斯變換法來求解。第59頁/共84頁60線性定常系統(tǒng)的特性

可應(yīng)用疊加原理對(duì)輸入的擾量和輸出的響應(yīng)進(jìn)行分解和疊加。當(dāng)輸入擾量作用的時(shí)間改變時(shí)，輸出響應(yīng)的時(shí)間在產(chǎn)生同向、同量的變化，但輸出響應(yīng)的函數(shù)不會(huì)改變?？砂演斎肓窟M(jìn)行分解或離散為簡(jiǎn)單函數(shù)，再利用變換法進(jìn)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(jiǎn)單函數(shù)形式。再把這些單元輸入的響應(yīng)進(jìn)行疊加，就可以得出實(shí)際輸入量連續(xù)作用下的系統(tǒng)的響應(yīng)輸出量。第60頁/共84頁61輸入邊界條件的處理方法

輸入邊界條件的處理步驟邊界條件的離散或分解；求對(duì)單元擾量的響應(yīng)；把對(duì)單元擾量的響應(yīng)進(jìn)行疊加和疊加積分求和。兩種基于積分變換的負(fù)荷計(jì)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(duì)邊界條件進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解：諧波反應(yīng)法對(duì)邊界條件進(jìn)行時(shí)間序列離散：反應(yīng)系數(shù)法第61頁/共84頁62武漢市室外干球溫度的全年變化第62頁/共84頁63＝＋＋輸入邊界條件的處理方法：傅立葉級(jí)數(shù)分解第63頁/共84頁64輸入邊界條件的處理方法：

時(shí)間序列離散

第64頁/共84頁65兩種積分變換法

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(jìn)行疊加室內(nèi)負(fù)荷。對(duì)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(gè)正(余)弦波外擾的室內(nèi)響應(yīng)，并進(jìn)行疊加。第65頁/共84頁66

設(shè)備使用1小時(shí)的室內(nèi)負(fù)荷響應(yīng)得熱：Q(t)－－輸入干擾負(fù)荷：CLQ(t)－－響應(yīng) 反應(yīng)系數(shù)法原理圖示(1)第66頁/共84頁67設(shè)備使用2小時(shí)的室內(nèi)負(fù)荷反應(yīng)系數(shù)法原理圖示(2)第67頁/共84頁68設(shè)備使用10小時(shí)的室內(nèi)負(fù)荷響應(yīng)反應(yīng)系數(shù)法原理圖示(3)第68頁/共84頁69反應(yīng)系數(shù)法

反應(yīng)系數(shù)的大小即反應(yīng)了某一項(xiàng)因素對(duì)某時(shí)刻負(fù)荷大小的影響程度。反應(yīng)系數(shù)為0~1，相當(dāng)于影響為0~100%。內(nèi)外擾的處理圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱采用冷負(fù)荷溫度日射冷負(fù)荷采用冷負(fù)荷系數(shù)內(nèi)擾采用冷負(fù)荷系數(shù)第69頁/共84頁70

(a)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱冷負(fù)荷基本計(jì)算式

Qcl()=KF[tcl()–tin]

tcl()為冷負(fù)荷溫度逐時(shí)值，與圍護(hù)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(fù)荷溫度：一個(gè)當(dāng)量溫度室內(nèi)溫度第70頁/共84頁71(b)日射冷負(fù)荷

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

Ccl()是冷負(fù)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)法第71頁/共84頁72

內(nèi)擾冷負(fù)荷

Qcl()=HG(0)

Ccl(-0)

HG(0)為內(nèi)熱源散熱量

Ccl(-0)是冷負(fù)荷系數(shù)

Ccl(-0)與開始使用時(shí)間和 連續(xù)使用時(shí)間有關(guān)，與建 筑熱特性有關(guān)。QQcl()Ccl(t-0)反應(yīng)系數(shù)法第72頁/共84頁73諧波反應(yīng)法

對(duì)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(duì)外擾的響應(yīng)形式：圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)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(jí)數(shù)形式：

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

通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成的負(fù)荷：疊加tin,n()可得出tin()，通過tin()和室內(nèi)熱平衡就可求出負(fù)荷。第73頁/共84頁74諧波反應(yīng)法

玻璃窗冷負(fù)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(fù)荷對(duì)內(nèi)擾響應(yīng)的分解方法類似對(duì)外擾響應(yīng)的分解。第74頁/共84頁75諧波反應(yīng)法的簡(jiǎn)化算法

算法繁瑣，故需要簡(jiǎn)化傳導(dǎo)部分(墻、窗)：Qcl()=KFt-t為負(fù)荷溫差，表中值為室溫26℃時(shí)溫差，可修正。算法同冷負(fù)荷系數(shù)法。日射部分：Qcl()=xgxdCnCsFJ()xg窗有效面積系數(shù)，xd地點(diǎn)修正系數(shù)，J()為負(fù)荷強(qiáng)度。xdJ相當(dāng)于冷負(fù)荷系數(shù)法的D·maxQcl()，xgF相當(dāng)于冷負(fù)荷系數(shù)法的F。內(nèi)擾部分：Qcl()=HG(0)JX-oJX-o為設(shè)備負(fù)荷強(qiáng)度系數(shù)(-0時(shí)刻)，同冷負(fù)荷系數(shù)法的Ccl()。第75頁/共84頁76兩種積分變換法總結(jié)

諧波反應(yīng)法的簡(jiǎn)化算法與冷負(fù)荷系數(shù)法形式一致。為了便于手工計(jì)算，均把內(nèi)外擾通過一個(gè)板壁形成的冷負(fù)荷分離出來，作為一個(gè)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(hù)結(jié)構(gòu)熱過程。第76頁/共84頁77兩種積分變換法總結(jié)

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(duì)輻射的影響作了很多簡(jiǎn)化：

對(duì)墻體內(nèi)表面之間的長(zhǎng)波輻射作了簡(jiǎn)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(duì)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(jiǎn)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(shí)間變化等。第77頁/共84頁78模擬分析軟件GATE，60年代末，美國，穩(wěn)態(tài)計(jì)算現(xiàn)在美國：DOE-2、BLAST、EnergyPlus、NBSLD

英國：ESP

日本：HASP

中國：