第四章建筑环境中的热湿环境 本章主要内容 1室内热湿环境的形成原理 2室内热湿环境与各种内外扰之间的关系 3得热量与冷负荷之间的关系 4-1概述 、室内热湿环境的形成及其受到的影响 主要包括两部分: 1.外扰因素:室外气候参数(室外空气温、湿度,风速,太阳辐射,风向变化及临时 的空气温湿度)。通过围护结构的传热、传湿、空气渗透使热量与湿量进入室内。 2.内扰因素:室内设备、照明、人体等热湿源 二、室内湿热的传递作用形式 对流质交换(对流换热),导热(水蒸气渗透)和辐射 §4-2太阳辐射对建筑物的热作用 围护结构外表面所吸收的太阳辐射得热 1.当太阳照射到非透明的围护结构外表面时; 部分被反射,一部分被吸收,两者的比 表面抛光的铝 例取决于围护结构表面的吸收率(或反射率)非 透明物体的吸收率取决于两方面的因素: (1)投入射线的波长可见光(04076um) 约占46%,中短波红外线(波长076-3m) 高温热源的辐射均为长波辐射,波长在5um以 上。长波红外线能量占红外线区的一小部分。各 种表面在不同辐射波长下的反射率见图42 辆射波长(m) 图4-2各种表面在不同辐射波长 下的反射率 (2)不透明物体的自身状况(如表面光法度,颜色等) 结论:围护结构的表面越粗糙,颜色越深,吸收率越高,反射率越低。见教材表4-1 2.半透明物体在太阳照射时 半透明物体对不同波长的太阳辐射的吸收,反射和穿透有选择性 结论:玻璃属于半透明物体,玻璃对可见光和波长为3μum以下的短波红外线来说几 乎是透明的,但却能有效地阻止长波红外线辐射
1 第四章 建筑环境中的热湿环境 本章主要内容 1 室内热湿环境的形成原理 2 室内热湿环境与各种内外扰之间的关系 3 得热量与冷负荷之间的关系 §4-1 概述 一、室内热湿环境的形成及其受到的影响 主要包括两部分： 1．外扰因素：室外气候参数（室外空气温、湿度，风速，太阳辐射，风向变化及临时 的空气温湿度）。通过围护结构的传热、传湿、空气渗透使热量与湿量进入室内。 2．内扰因素：室内设备、照明、人体等热湿源 二、室内湿热的传递作用形式 对流质交换（对流换热），导热（水蒸气渗透）和辐射 §4-2 太阳辐射对建筑物的热作用 一、围护结构外表面所吸收的太阳辐射得热 1. 当太阳照射到非透明的围护结构外表面时； 图 4-2 各种表面在不同辐射波长 下的反射率 一部分被反射，一部分被吸收，两者的比 例取决于围护结构表面的吸收率（或反射率）非 透明物体的吸收率取决于两方面的因素： (1)投入射线的波长 可见光（0.4—0.76μm） 约占 46%，中短波红外线（波长 0.76—3.0μm） 高温热源的辐射均为长波辐射，波长在 5μm 以 上。长波红外线能量占红外线区的一小部分。各 种表面在不同辐射波长下的反射率见图 4-2 (2)不透明物体的自身状况（如表面光法度，颜色等） 结论：围护结构的表面越粗糙，颜色越深，吸收率越高，反射率越低。见教材表 4-1 2. 半透明物体在太阳照射时 半透明物体对不同波长的太阳辐射的吸收，反射和穿透有选择性。 结论：玻璃属于半透明物体，玻璃对可见光和波长为 3μm 以下的短波红外线来说几 乎是透明的，但却能有效地阻止长波红外线辐射
二、室外空气综合温度 围护结构外表面的热平衡:壁体得热等于太阳辐射热量(包括太阳直射辐射,天空散 射辐射,地面反射辐射),长波辐射得热量(大气长波辐射、地面长波辐射、环境表面长波 辐射)和对流换热量之和。 天空放射辐射 太阳直射辐射 大气长 波辐射 对流换热 壁体得热 环境表面 长波辐射 波新射地面反射辑射 单位面积建筑物外表面的得热量为 g=ao cair -h)+al-OL aou(t =au(t2-1) 称为室外空气综合温度,即综合表达了室外空气温度、太阳辐射、围护结构外表面与 天空和周围物体之间的长波辐射,这样一个综合热作用 ※在一般的空调负荷计算中,计算室外综合温度常不考虑围护结构外表面与天空和周 围物体之间的长波辐射,所以,室外空气综合温度简化为 、夜间辐射 白天,长波辐射可忽略,夜间不可忽略 经验值:对于垂直表面近似取Q=0,对于水平面,取Q/aout=3.5-40℃ 4-3建筑围护结构的热湿传递 一、通过围护结构的显热得热 包括两方面:通过非透明围护结构的热传导; 通过玻璃窗的反射得热。 (一)通过非透明围护结构的热传导
2 二、室外空气综合温度 围护结构外表面的热平衡：壁体得热等于太阳辐射热量（包括太阳直射辐射，天空散 射辐射，地面反射辐射），长波辐射得热量（大气长波辐射、地面长波辐射、环境表面长波 辐射）和对流换热量之和。 单位面积建筑物外表面的得热量为： ( ) out air w L q t t I Q = − + − [( ) ] L out air w out out I Q t t = + − − ( ) out z w = − t t z t 称为室外空气综合温度，即综合表达了室外空气温度、太阳辐射、围护结构外表面与 天空和周围物体之间的长波辐射，这样一个综合热作用。 ※ 在一般的空调负荷计算中，计算室外综合温度常不考虑围护结构外表面与天空和周 围物体之间的长波辐射，所以，室外空气综合温度简化为： z air out I t t = + 三、夜间辐射 白天，长波辐射可忽略，夜间不可忽略 经验值：对于垂直表面近似取 QL=0，对于水平面，取 QL/aout=3.5—4.0℃ §4-3 建筑围护结构的热湿传递 一、通过围护结构的显热得热 包括两方面：通过非透明围护结构的热传导； 通过玻璃窗的反射得热。 （一）通过非透明围护结构的热传导
非透明围护结构的传入室内的热量来源有:①对流换热:②墙体导热 热传导的衰减与延迟:由于围护结构存在热惯性,因此通过围护结构的传热量和温度的 波动幅度与外扰波动幅度存在衰减和延迟的关系。而且,维护结构的热容量愈大,滞后的时 间就愈长,波幅的衰减就愈大见图4-8,距外表面距离越远,滞后的时间就越长 室外温度 重型墙体 图4-8墙体的传热量与温度对外扰的响应 墙体、屋顶等建筑构件的传热过程,可看作非均质板壁的一维不稳定导热过程。 a( at da(x) ar ax a =0为围护结构的外侧 x=8为维护结构的内侧 (二)通过非透明围护结构的得热 周期性外扰作用下壁体逐时温度变化(℃) (三)通过玻璃窗的得热 包括两部分:一方面由于室内外存在温度差,通过玻璃板壁的传热量:另一方面由于阳 光的透射(日照辐射)得热量 1.通过玻璃窗板壁的传热量 按稳态传热计算 Qm=K5s[(r)-tn(可)] 式中Kxa-玻璃的传热系数,W/m2℃ Fa-—玻璃的传热面积,m2 2.透过玻璃窗的太阳辐射热 包括:①直接透过玻璃进入室内的全部热量 ②被玻璃吸收的热量以对流和辐射的形式传入的热量,关于被玻璃吸收又传入 室内的热量有两种计算方法 (1)以室外空气综合温度的形式考虑到玻璃板壁的传热中 (2)是作为透过的太阳辐射中的一部分,计入太阳投射的热量中
3 非透明围护结构的传入室内的热量来源有：①对流换热；②墙体导热 热传导的衰减与延迟：由于围护结构存在热惯性，因此通过围护结构的传热量和温度的 波动幅度与外扰波动幅度存在衰减和延迟的关系。而且，维护结构的热容量愈大，滞后的时 间就愈长，波幅的衰减就愈大见图 4-8，距外表面距离越远，滞后的时间就越长。 图 4-8 墙体的传热量与温度对外扰的响应 墙体、屋顶等建筑构件的传热过程，可看作非均质板壁的一维不稳定导热过程。 2 2 ( ) ( ) t t a x t a x x x x = + x=0 为围护结构的外侧 x=δ 为维护结构的内侧 （二）通过非透明围护结构的得热 周期性外扰作用下壁体逐时温度变化（℃） （三）通过玻璃窗的得热 包括两部分：一方面由于室内外存在温度差，通过玻璃板壁的传热量；另一方面由于阳 光的透射（日照辐射）得热量 1. 通过玻璃窗板壁的传热量 按稳态传热计算 Q K F t t cond glass glass out in = − ( ) ( ) 式中 Kglass ——玻璃的传热系数，W/m2℃ Fglass ——玻璃的传热面积，m2 2. 透过玻璃窗的太阳辐射热 包括：① 直接透过玻璃进入室内的全部热量 ② 被玻璃吸收的热量以对流和辐射的形式传入的热量，关于被玻璃吸收又传入 室内的热量有两种计算方法。 （1）以室外空气综合温度的形式考虑到玻璃板壁的传热中 （2）是作为透过的太阳辐射中的一部分，计入太阳投射的热量中
利用第二种方法计算 透过单位玻璃面积和太阳辐射得热量 HG=/ 心,+1rgas,f 假定玻璃吸热后温度均匀,由于玻璃吸收太阳辐射造成的房间得热 R+R 3.标准太阳得热量SsG( Standard Solar Gain) 为了简化计算,定义某种类型和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。当采用其他类型和厚度的玻璃,或玻璃窗内外有某种遮 阳设施时,只对标准太阳的热量进行不同的修正即可 关于标准透光材料的选择,各国不尽相同: 英国:采用5mm后的普通玻璃窗 中、美、日:均采用3mm后的普通玻璃窗 美国:选3mm厚加强玻璃( Double strength Sheet Glass 法向入射透过率为0.86,反射率为0.08,吸收率为006 日本:法向入射透过率为0872,反射率为009,吸收率为0049 中国:法向入射透过率为0.80,反射率为0.074,吸收率为0126 (我国玻璃含铁较多,断面呈墨绿色) 那么入射角为i的标准玻璃的太阳得热量为 SSG=(Di Glass, D i +Idif glass dif )+p o(Dadi+ lair adir) Rout +ri R+R a)+/a( R+R = SSGDi SsGaif g标准太阳得热率 遮阳设施对太阳辐射的得热量的影响:设在内侧和外侧对玻璃的遮阳作用是不同的。 实际太阳得热量的计算: HGsolar=(SSGD*s+ SSGdr) C cr F, 窗面积 C.——玻璃遮挡系数 C—遮阳设施遮阳系数 阳光实际照射面积比 x如s—玻璃窗的有效面积系数,单层木:0.7:双层木:06;
4 利用第二种方法计算： 透过单位玻璃面积和太阳辐射得热量 HG I I glass Di glass Di dif glass dif , , , = + 假定玻璃吸热后温度均匀，由于玻璃吸收太阳辐射造成的房间得热 , ( ) out glass Di di dif dif out in R HG I I R R = + + 3. 标准太阳得热量 SSG(Standard Solar Gain) 为了简化计算，定义某种类型和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。当采用其他类型和厚度的玻璃，或玻璃窗内外有某种遮 阳设施时，只对标准太阳的热量进行不同的修正即可。 关于标准透光材料的选择，各国不尽相同： 英国：采用 5mm 后的普通玻璃窗 中、美、日：均采用 3mm 后的普通玻璃窗 美国：选 3mm 厚加强玻璃（Double Strength Sheet Glass） 法向入射透过率为 0.86 ，反射率为 0.08 ，吸收率为 0.06 日本：法向入射透过率为 0.872，反射率为 0.09 ，吸收率为 0.049 中国：法向入射透过率为 0.80 ，反射率为 0.074，吸收率为 0.126 （我国玻璃含铁较多,断面呈墨绿色） 那么入射角为 i 的标准玻璃的太阳得热量为 , , ( ) ( ) out Di glass Di dif glass dif Di di dif dif out in R SSG I I I I R R = + + + + ( ) ( ) out out Di Di di dif dif dif out in out in R R I I R R R R = + + + + + Di Di dif dif Di dif I g I g SSG SSG = + = + g—标准太阳得热率 遮阳设施对太阳辐射的得热量的影响：设在内侧和外侧对玻璃的遮阳作用是不同的。 实际太阳得热量的计算： ( ) HG SSG x SSG C C x F solar Di s dif s n glass window = + Fwindow——窗面积 Cs ——玻璃遮挡系数 Cn ——遮阳设施遮阳系数 s x ——阳光实际照射面积比 glass x ——玻璃窗的有效面积系数，单层木：0.7；双层木：0.6；
单钢:0.85:双钢:0.75 通过围护结构的湿传递 通过围护结构的湿传递与室内外水蒸气的分压力有关,在稳定情况下,单位时间内通 过单位面积围护结构的水蒸气量w与两侧空气中水蒸气压力差正比 w=Kr(Pout -)kkg/Sm)] 式中K1-比例常数,称为水蒸气渗透系数 P一水蒸气两侧分压力 维护结构两侧存在一定的温度分布,也形成 一饱和水蒸气分压力 定的水蒸汽压力分布 若维护结构的任一断面的水蒸气分压力大于 下实际水蒸气分压力 该断面温度所对应饱和蒸汽压力,则会出现水蒸 汽凝结。若低于零度,则会出现冻结,使得维护 结构的传热系数大大增加,传热量增加,加剧了 图412围护结构内水蒸气分压力大于饱和 维护结构的损坏,所以必须设置蒸汽隔层 水蒸气分压力,就会出现凝结 §44以其它形式进入室内的热量和湿量 、室内产热、产湿量 (一)室内产热量 包括:人体、设备、照明设施 1.人体产热量 人体的显热散发:人体通过皮肤和服装向环境散发 人体的散湿:通过呼吸、出汗向环境散发湿量 2、设备与照明的散热 加热设备:只要把热量散入室内,全部成为室内得热 电动设备:一部分转化为热能散入室内成为得热:另一部分转化为机械能,如果该机械 能消耗在室内,则成为室内得热,反之如该机械能输送到室外或其他空间,则不会成为室内 得热 (1)加热炉的散热 主要在工业厂房内:如锻造、轧钢、铸工、热处理的加热炉、建筑生产中的窑炉等。 加热炉的散热都包括炉壁散热及炉门口敞开的散热 1)炉壁散热:包括壁表面与室内空气之间的对流换热以及炉壁表面与周围环境的辐 射散热 2)炉口散热:指炉门打开时散入室内的辐射热
5 单钢：0.85；双钢：0.75 二、通过围护结构的湿传递 通过围护结构的湿传递与室内外水蒸气的分压力有关，在稳定情况下，单位时间内通 过单位面积围护结构的水蒸气量 w 与两侧空气中水蒸气压力差正比 2 ( )[ /( )] W K P P kg Sm = − V out in 式中 KV —比例常数，称为水蒸气渗透系数 P —水蒸气两侧分压力 在稳定条件下从围护结构内表面算起，第 n 层材料层外表面的温度为：在稳定条件下从围结 若维护内表面算起，第 n 断面上的水蒸汽分压力大于该断面温度所相应的饱和水蒸汽分 维护结构两侧存在一定的温度分布，也形成 一定的水蒸汽压力分布。 若维护结构的任一 断面的水蒸气分压力大于 该断面温度所对应饱和蒸汽压力，则会出现水蒸 汽凝结。若低于零度，则会出现冻结，使得维护 结构的传热系数大大增加，传热量增加，加剧了 维护结构的损坏，所以必须设置蒸汽隔层。 §4-4 以其它形式进入室内的热量和湿量 一、室内产热、产湿量 （一） 室内产热量 包括：人体、设备、照明设施 1. 人体产热量 人体的显热散发：人体通过皮肤和服装向环境散发； 人体的散湿：通过呼吸、出汗向环境散发湿量。 2、设备与照明的散热 加热设备：只要把热量散入室内，全部成为室内得热； 电动设备：一部分转化为热能散入室内成为得热；另一部分转化为机械能，如果该机械 能消耗在室内，则成为室内得热，反之如该机械能输送到室外或其他空间，则不会成为室内 得热。 （1） 加热炉的散热 主要在工业厂房内：如锻造、轧钢、铸工、热处理的加热炉、建筑生产中的窑炉等。 加热炉的散热都包括炉壁散热及炉门口敞开的散热。 1） 炉壁散热：包括壁表面与室内空气之间的对流换热以及炉壁表面与周围环境的辐 射散热。 2） 炉口散热：指炉门打开时散入室内的辐射热