第3章建筑热湿环境-PPT精选

4－1第4章建筑热湿环境（教材第3、4章）主线：1。建筑物理因素——热湿环境的形成2。影响因素对热湿环境的定量影响——负荷计算3。人体对热湿环境的反应——室内热湿环境标准4。从人体生理学、心理学——热湿环境的评价——是建筑环境中最重要的部分4－2建筑热湿环境知识框架半透明体围护结构的热工性能生理学基础心理学基础建筑热湿环境影响室内热环境的物理因素太阳辐射与综合温度湿环境非透明体围护结构的热工性能稳定特性非稳定特性冷负荷形成及计算方法人体生理学和心理学冬围护结构负荷空气渗透负荷光学特性PMV-PPD法局部不舒适感其他稳定评价热舒适性方程稳定计算方法谐波反应法冷负荷系数法夏人,照明,设备得热负荷概念湿量计算冷凝校验结露防治温态环境动态环境过度环境热湿环境评价4－31345555971322681—气温2—太阳辐射3—室外空气综合温度4—热空气交换5—建筑内表面辐射6—人体辐射换热7—人体对流换热8—人体蒸发散热9—室内热源室内热湿环境的形成第4章建筑热湿环境4－4基本概念A:室外气象条件——外扰B:室内发热/湿/尘量——内扰(照明、设备、人体、散湿)C:空调方式——广义外扰◎外扰作用方式：①热交换：太阳辐射(透明/半透明体)、热传导(围护结构)/（对流＋辐射）②空气交换：空气渗透、空调送风◎内扰作用方式：①辐射②对流③蒸发★空气状态参数变化的途径：①对流②空气直接混合③蒸发热,湿,尘源Vi,Ii,di,iVo,Io,do,otwQWGPqwPqnI墙体传热/湿性能——影响内/外扰对室内空气环境的作用4.1影响室内热环境的物理因素4－54.1影响室内热环境的物理因素4.1.1太阳辐射与室外空气综合温度Z,Z,Z,IIICS、、建筑表面的辐射作用直射：IN散射：S,S,S,IIICS、、地面反射：ID天空散射：IS太阳辐射I0大气辐射Iy建筑表面接受的辐射=yaq(，，朝向，云层状况等）IftP建筑表面的气温作用综合温度朝向），,)(GS,SZ,S,IIIS4－64.1影响室内热环境的物理因素4.1.1太阳辐射与室外空气综合温度=?0mNIIP法线直射强度：P——大气透明度（反应大气污染、水蒸气等颗粒对日射的衰减）m——大气质量（反应日射强度到达表面的路程大小）I0INI1βL’=L/sinβLdxdIxI00NIIÞgÞ、、,,,NSZCZZIIII/mLL¢=——呈指数衰减P=IL/I0=exp(-kL)1.大气透明度ddxxIKxI-=?No.114－74.1影响室内热环境的物理因素4.1.1太阳辐射与室外空气综合温度1.大气透明度P＝1最透明变化范围：0.65~0.75，在一个月份的晴天中可近似认为是常数我国将大气透明度作了6个等级的分区，1级最透明东京晴天的大气透明度逐月值反应大气污染、水蒸气等颗粒对日射的衰减0.60.650.70.750.80.85024681012月份大气透明度PP=IL/I0=exp(-kL)定义：4－8我国的大气透明度分区654433244－9IN=I0Pmm=L’/L=1/sin大大为什么太阳高度角接近0º和90º时垂直面的日射量都小？反应日射强度到达表面的路程大小大气质量：m4.1影响室内热环境的物理因素4.1.1太阳辐射与室外空气综合温度1.大气透明度4－104.1.1太阳辐射与室外空气综合温度——A——α————γ——i——θβ90AIS,Z=INsinIN90αNSIC,Z=INcoscos墙体法线INcosγiI,Z=INcosicoscossinsincoscosigbgbq=+I0INI1βLI0ZZCZSNIIIII,,,0、、2.太阳辐射强度=?0mNIIP直射辐射4－11不同太阳高度角和大气透明度下的太阳直射辐射强度β直射辐射2.太阳辐射强度4－12直射Z散射S地面反射D水平面SINsinIS,S0垂直面CINcoscos0.5IS,S0.5GIS,倾斜面INcosi0.5IS,S(1+cos)0.5GIS(1-cos)水平面散射强度IS,S(Berlage公式)：,011sin211.4lnmSSPIIPb-=-,,,SSZSSIIIå=+散射辐射与总辐射强度G——地面平均日射反射率水平面日射总辐射：垂直面日射总辐射：C,C,S,SC,D12ZIIIIå=++2.太阳辐射强度4－13å=++=,,,,SSZSSSDIIII）（地点，时间，季节，f水平面总日射辐射强度：北纬40的太阳总辐射量按不同表面(水平、垂直、倾斜面)计算总辐射强度例4-1短波？长波？4－144.1.1太阳辐射与室外空气综合温度3.大气长波辐射(Ia)与晚间有效辐射(Iy)指建筑表面向天空的有效辐射指大气向建筑表面的辐射大气向建筑表面的辐射：Ia(地表)建筑表面向天空的辐射：Id(地表)建筑向天空的有效辐射：IS,B考虑云层(地表)建筑向天空的有效辐射：IS,y4sab()100TICf=?=?4adb()100TIC天空当量温度大气温度S,BdaIII=-式4-25为何白天可以忽略大气长波辐射，晚间不可以？例题4-2晚间有效辐射4－15太阳直射辐射太空散射辐射对流换热地面反射辐射环境长波辐射地面长波辐射壁体得热ISIZID非透明体外表面接受热辐射：4.1.1太阳辐射与室外空气综合温度4.室外空气综合温度BS,IyS,I大气长波辐射IZIS建筑表面接受辐射4－16syIIIaeå=-室外空气温度：aq=-()dqt外表面接受的有效热辐射：C,sC,ZC,SC,C,aC,d()()DIIIIIIaeå?++-外表面得热：ys()()()IIqtIItteaaqaeaqaqaa轾犏=-+-=-+-=-犏臌短波辐射长波辐射4.1.1太阳辐射与室外空气综合温度rå=C,DGS,12IIIyId－Ia4.室外空气综合温度4－17ysz=+-td(I)td(I)twtz当量空气温度+=室外空气温度室外空气综合温度60℃！35℃！如果忽略围护结构外表面与天空和周围物体之间的长波辐射：aa=+szwwItttd(I)Iy/w工程处理：垂直面：Iy/w=0；水平面：Iy/w=3.5～4.0℃。4.室外空气综合温度4－18导热特性：×100气体0.006～0.6Air:～0.029液体0.07～0.7Water:～0.58建筑材料0.3～3.5钢筋混凝土:～1.5金属2.2～240建筑钢材×20保温材料＜0.3保温材料其他要求：γ≯600～700kg/m3;γ↑→↑；耐压强度：＞4kg/cm2要点:空隙率,λair＜＜λsolidtwtnλαwwnαn121.围护结构传导与热对流聚乙烯泡沫材料：～0.044.1影响室内热环境的物理因素4.1.2非透明体围护结构的热工性能表面热对流特性：表4-3w、n=f(v、－t、热面形式)λ——墙体导热系数，W/mK4－192.表面辐射特性：一般建筑内墙：0.82～0.93，铝箔0.05～0.20太阳集热器αs↑，保温材料ε↓→常贴铝箔ρ、α、τ——墙体表面反射率、吸收率、透射率（τ=0：非透明体；＜1：半透明体）αs——表面的太阳吸收率红砖：ε=0.85-0.95αs=0.65-0.80外界物体辐射响应特性对外辐射特性但atr++=1bCCe=?sea¹ea=Cb——黑体辐射系数：5.67W/(m2K4)ε——表面黑度：4.1影响室内热环境的物理因素4.1.2非透明体围护结构的热工性能4－20工程上：=f（墙表面平整度，室外风速）=19～23W/(m2K)=f（墙表面平整度）≈8.72W/(m2K)4423wr12121212[()()]/()410()100100100wairmwairTTTCttCaff-=--=?对流放热系数：wc(,Re)fNua=辐射放热系数：=+0.5()mwairTTTaaa=+=+nncnr以外墙为例：αout辐射对流4.1影响室内热环境的物理因素4.1.2非透明体围护结构的热工性能2.表面辐射特性：4－21吸(放)热—导热—放(吸)热3.稳定传热量计算流体与壁面对流传热以外墙为例：壁面与壁面辐射传热以外墙为例：固体间导热传热并联作用→表面换热串联作用wcwcww()qtaq=-44wwr1212273273[()()]100100wtqCqf++=-aqaaa=-=+()qtwnqqqql===llqqd=-()wnq并联作用→表面换热nnnnnncnr()qtaqaaa=-=+touttinλαoutWNαin14.1影响室内热环境的物理因素4.1.2非透明体围护结构的热工性能4－22K0、R0——墙体总传热系数,总传热热阻R0=1/K0，K≈f（墙体材质）——GB50176-93民用建筑热工设计规范等ala-==-++åwn0wnwn()11iittqKttdwnwn0winttttRRRR--==++åtwtn多层均质墙体θwθn4.1影响室内热环境的物理因素4.1.2非透明体围护结构的热工性能3.稳定传热量计算4－23封闭空气间层：导热、对流、辐射同时存在处理方法：当量导热——表4-7实体：d↑→R↑→传热↓→导热↓→对流↑总传热↑(对流为主)d↑空气间层：思考：一般封闭间层内贴铝箔(ε小)以降低传热量,一般贴在高温侧避免结露,为什么？否则会使间层低温侧的温度进一步降低,增加结露的可能性,影响其保温性能.低温侧高温侧高温侧低温侧4.1.2非透明体围护结构的热工性能3.稳定传热量计算4－24组合墙体：（1）分层——按等热流层分（2）确定组合层——并联处理成当量热阻由λ的面积加权推导（3）整个墙体按多层均质求解+++=+++123312123FFFRFFFRRRwn0wnwn()11iittqKttdRala-==-+++å4.1.2非透明体围护结构的热工性能计算方法：思考：分析按与热流平行方向划分和等热流层划分的不同。3.稳定传热量计算No.124－25墙体蓄热性能t↑（t↓）外表面瞬时得热内表面放热aq=-()wwZwqt()(),,()nnnnwqtqtaqt=-=衰减特性：衰减系数ν0=室外综合空气温度波幅/内表面温度波幅延迟特性：延迟时间ξ0=内表面温度波动相位延迟蓄热特性：蓄热系数S=热流波动振幅与温度波动振幅之比qnξA0Anν=A0/An4.1.2非透明体围护结构的热工性能4.不稳定热工特性4－26材料的蓄热系数——反应材料的蓄热特性。plgqD==D2nnqcSZcxwZxwxepglqqqn-DD=D=pgln==12cDxZxeexcDxRSZpgl==?表面温度波动程度S↑→表面温度波动↓蓄热↑一般空气间层：S=0材料层衰减度——材料内部温度衰减规律热惰性指标——反抗温度波动的能力S↑→可蓄热↑λ↑→D↓→抗波动↓D≤3.0：轻型结构3.1≤D≤6.0：中型结构D≥6.1：重型结构ll=×—厚度为的材料层热阻；—材料导热系数，；/()xxRxWmK；温度波动周期，—；材料干容重，—；材料比热，—hZmkgKkghWc3/)/(S参数均可通过半无穷大材料的不稳定传热计算4.1.2非透明体围护结构的热工性能4.不稳定热工特性4－27材料的蓄热系数——反应材料的蓄热特性。某一匀质半无限大壁体一侧受到谐波热作用时,迎波面上接受的面积热流量振幅与该表面的温度振幅之比.物理意义：表面温度波幅为一度时，流入材料表面的最大热流密度。它反映材料在周期性热作用下蓄热和放热的能力大小。通常希望围护结构的材料蓄热系数要大些，这样当热流有波动时，可以减少围护结构内表面以及室内空气温度的波动。对于同样的表面温度，蓄热系数大的材料，表面换热较大。热惰性指标——反抗温度波动的能力。材料层的热惰性指标是表示材料层受到波动热的作用后，背波面上温度波动剧烈程度的一个指标，表明材料层抵抗温度波动的能力，其能力的大小与墙体的蓄热能力有