建筑热工学基本知识-重庆大学

1第2章建筑热工学基本知识2.1室内热环境2.2室外气候2.3建筑传热基本概念与原理2.4建筑围护结构传热计算方法22.1室内热环境•本节要点：1.人体热平衡；2.室内热环境因素；3.室内热环境评价。32.1.1人体热平衡人体与机器比较热能机:燃料产热做功散热人体:食物产热生命活动散热发热体,散热体,恒温体人体热平衡:产热量=散热量人体健康基本条件4人体热天平5环境随气候变化散热动态热平衡人体具有热调节方式:生理调节主观调节6生理调节:环境变冷(热)皮肤毛细血管收缩(膨胀)血流量减少(增加)皮肤温度下降(上升,出汗)保持热平衡7活动主观调节:8衣服主观调节:9人体热平衡调节方式生理调节主观调节皮肤温度出汗活动衣着人的生存范围寒带冷热热带衣着皮肤温度出汗人体生理调节与衣着相结合使人适应四季气候变化扩大生存范围10生理调节与舒适:出汗不舒适生理调节范围小舒适生理调节与健康:生理调节能力强体质好112.1.2人体热感觉影响因素热感觉可量化的影响因素因素1因素2因素3…散热方式环境因素对流辐射蒸发12散热得热散热方式环境影响因素对流空气温度、空气流速13散热方式环境影响因素辐射壁面温度散热得热14散热方式环境影响因素蒸发:空气温度、湿度呼吸无感觉蒸发出汗15影响人体热感觉的因素:6个因素的不同组合产生不同的热环境，各因素之间具有互补性。热感觉空气温度空气流速空气湿度壁面温度新陈代谢率衣服热阻室内环境因素人体主观因素166个因素的组合达到热舒适时,三种方式散热比例:对流25%～30%辐射45%～50%呼吸和无感觉蒸发25%～30%172.1.3室内热环境评价单因素评价:空气温度空气温度感觉＞34℃100%的人感到热,42.3%的人难以忍受30~34℃84%的人感到热,14.5%的人难以忍受28~30℃30%的人感到热,但可以忍受25℃舒适18℃5%坐着的人感到冷＜12℃80%坐着的人感到冷,20%活动的人感到冷居住建筑室内舒适性标准:夏季26～28℃，冬季18～20℃可居住性标准:夏季不高于30℃，冬季不低于12℃18热感觉空气温度空气流速空气湿度壁面温度新陈代谢率衣服热阻措施暖气,空调通风,风扇加湿,除湿辐射地板、墙体、顶棚需要对热环境进行综合评价19多因素综合评价方法:影响因素:因素1因素2因素3……单一指标优点:有利于发挥各种热环境改善措施的作用,降低能源消耗和经济成本。20空气温度2湿度100%人的状态：薄衣、走动热感觉相同(1)有效温度空气温度1空气湿度1空气温度2(有效温度)空气温度1湿度121空气温度1湿度1流速1空气温度2湿度100%流速0人的状态：薄衣、走动热感觉相同(1)有效温度空气温度1空气湿度1空气温度2(有效温度)空气流速122舒适区有效温度与空气温度、湿度、流速的关系图23(2)PMV—PPD人体热舒适:f(t,,v,,R,m)=0人体热平衡:qm－qw－qc－qr=0其中:qm产热量qr辐射散热量qc对流散热量qw蒸发散热量影响参数:新陈代谢率m壁面辐射温度空气温度t,湿度,流速v衣服热阻R在满足人体热平衡的范围内找出热舒适的充分条件,得到热舒适方程热舒适指标:PMV=f(t,,v,,R,m)(PMV:PredictMeanVote)24PMV与人的主观感觉PPD的关系(PPD:PercentageofPredictDissatisfy)25PMV热感觉度量标尺空气温度空气湿度空气流速壁面辐射温度衣服热阻新陈代谢率26•2.1室内热环境复习：•人体热平衡:产热量=散热量•人体散热方式:对流,辐射,蒸发•热平衡调节方式:生理调节(皮肤温度,出汗)主观调节(活动量,衣着)•热感觉影响因素:环境因素(空气温度、流速、湿度、壁面温度)主观因素(新陈代谢率、衣服热阻)•热环境综合评价方法27思考题：•室内热环境因素中,通过建筑设计能够最有效改善的有哪些因素？28第2章建筑热工学基本知识2.1室内热环境2.2室外气候2.3建筑传热基本概念与原理2.4建筑围护结构传热计算方法292.2室外气候•本节要点：1.气候因素:太阳辐射、空气温度、空气湿度、风。2.城市气候特点。302.2.1室外气候因素一、太阳辐射光谱:波长0.2～3.0μm（1μm=10-6m）短波热辐射能量:辐射强度I，单位:W/m231总辐射=直接辐射+散射辐射影响因素:太阳高度角大气透明度云量32太阳高度角:33二、气温气温是常用的气候评价指标,单位:℃,℉(F=32+9/5C)季节连续5天的日平均气温冬季≤10℃夏季≥22℃春、秋季10～22℃34升温过程:太阳辐射地面气温35气温变化滞后:时刻36影响因素:太阳辐射地面状况:地表覆盖材料,地形大气对流高、低温空气混合地面温度37三、空气湿度(1)水蒸气分压力P单位：Pa38饱和水蒸气分压力Ps湿空气饱和湿空气水蒸气水蒸气饱和蒸发39饱和水蒸气分压力Ps空气容湿能力气温气温(℃):0102030Ps(Pa):609122523314232PPsP≤Ps40饱和水蒸气分压力Ps气温附录1查表41空气中的水蒸气分压力P变化PPsP=Ps气温升高Ps大气温降低Ps小42人感觉的空气干湿程度Ps43(2)相对湿度人感觉的空气干湿程度相对湿度日变化sPP44(3)露点温度td45【例2-1】空气温度为18℃，相对湿度为60%，求露点温度td。【解】由附录1查表得空气温度为18℃时饱和水蒸气分压力:Ps=2062.5Pa已知相对湿度为60%,可算出水蒸气分压力：P=×Ps=60%×2062.5=1237.5Pa以1237.5Pa为饱和水蒸气分压力，查附录1表得露点温度td=10.1℃46四、风风是水平方向的气流形成:空气压力差空气受热不均匀(热压差)高空气流:热冷地面气流:冷热47描述:风向,风来的方向风速单位:m/s48风级风速(m/s)风名目测标准00~0.5无风缕烟直上，树叶不动10.5~1.7软风缕烟一边斜，有风感21.8~3.3轻风树叶沙沙响，风感明显33.4~5.2微风树叶及树枝动不息45.3~7.4和风树木细枝动摇57.5~9.8清风大枝摇动69.9~12.4强风粗枝摆动，电线呼呼响712.5~15.2疾风树干摇摆，大枝弯曲迎风步艰815.3~18.2大风大枝摇摆，细枝折断918.3~21.5烈风大枝折断，轻物移动1021.6~25.1狂风拔树1125.2~29暴风有重大损失1229飓风破坏严重，一片荒凉49类型:(1)大气环流(2)季风(3)地方风50(1)大气环流51(2)季风(海陆风)52(3)地方风53边界层风的垂直分布:v/v0100%90%50%v054边界层边界层风的垂直分布:55五、气候调节地面对太阳热量进行分配:反射吸收蒸发吸热升温地下储热加热空气56蒸发吸热凝结放热蒸发吸热降水液(固)放热水的相变循环减少地面过热:57热冷空气流动产生的风减少空气温差:58风、水作用调节气候:太阳辐射气温592.2.2建筑热工设计气候分区60建筑热工设计分区及设计要求分区名称分区指标设计要求主要指标辅助指标严寒最冷月平均温度≤﹣10℃日平均温度≤5℃的天数≥145必须充分满足冬季保温要求，一般可不考虑夏季防热寒冷最冷月平均温度0～﹣10℃日平均温度≤5℃的天数90～145应满足冬季保温要求，部分地区兼顾夏季防热夏热冬冷最冷月平均温度0～10℃,最热月平均温度25～30℃日平均温度≤5℃的天数0～90日平均温度≥25℃的天数40～110必须满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温夏热冬暖最冷月平均温度＞10℃,最热月平均温度25～29℃日平均温度≥25℃的天数100～200必须充分满足夏季防热要求，一般可不考虑冬季保温温和最冷月平均温度0～13℃,最热月平均温度18～25℃日平均温度≤5℃的天数0～90部分地区应考虑冬季保温，一般可不考虑夏季防热612.2.3城市气候一、城市气候特点(1)太阳直接辐射减少，散射辐射增多;晴天减少，阴天、雾天增多;天空透明度降低。62(2)气温偏高，出现城市热岛现象。63(3)风速减小64(4)湿度减小城市大部分为不透水的硬化表面，降雨后水分迅速被人工排水管道排走，导致城市可供蒸发的水分少，空气湿度小。65二、城市热岛对环境的影响(1)形成热岛环流,把城市边缘区工厂排放的污染带进市区。(2)酷热天气增多,寒冷天气减少;空调能耗增多,采暖能耗减少。66三、城市热岛产生的原因(1)人为热排放人们生产和生活以及新陈代谢中排放出来的废热。城市输入的各种能量最终是以热量形式散发到大气中。67(2)地面状态改变立体化的下垫面,通风不良,吸热多,散热难。不透水的硬化表面多,蒸发散热小,表面温度高。26.3℃45.1℃3035404568四、城市热环境改善措施(1)各行各业开展节能,减少人为热排放。(2)城市生态环境建设。扩大绿地、水面采用透水铺装透水地砖69•2.2室外气候复习：•太阳辐射、空气温度、空气湿度、风介绍。•热工设计气候分区:严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖、温和。•城市气候特点:气温偏高、通风不良、形成热岛现象。70思考题：•决定气候的因素有哪些？人的活动可以影响气候的哪些方面？71第2章建筑热工学基本知识2.1室内热环境2.2室外气候2.3建筑传热基本概念与原理2.4建筑围护结构传热计算方法722.3建筑传热基本概念与原理•本节要点：1.三种传热方式的特点；2.平壁热阻和热惰性指标；3.材料导热系数;4.空气间层传热特点。73传热基本概念:条件:温差方向:高温低温基本方式:导热固、气、液对流气、液辐射无需介质传热量:Q单位:W;q单位:W/m2742.3.1辐射传热一、热辐射电磁波绝对温度T0(K)的物体都会向外辐射电磁波也会接收外来电磁波T=273+t(K)(℃)T1T275电磁波分类:76电磁波分类:77二、物体接收热辐射的性能性能参数:反射系数ρ,吸收系数α,透过系数ρ+α+=1非透热材料ρ+α=1白体:ρ=1黑体:α=1透热体:=178影响因素:表面材料:材质、分子结构、表面光洁度热辐射波长。79影响因素:表面材料:材质、分子结构、表面光洁度热辐射波长。刷白表面α低α高短波ρ高长波ρ低80影响因素:表面材料:材质、分子结构、表面光洁度热辐射波长高低81温室效应高低82三、物体发射热辐射的性能辐射体类型:黑体,灰体,选择性辐射体辐射能力:单位:W／m2C—辐射系数[W/(m2·K4)]，黑体最大4100TCE83黑体辐射光谱特点:温度愈高，最大辐射力的波长愈短太阳辐射(6000K黑体)84灰体辐射性能参数:辐射系数C,或黑度εC—灰体辐射系数Cb—黑体辐射系数灰体ε1;黑体ε=1bCC85开在大空腔上的小孔0.97～0.99黑色非金属表面（如沥青、纸等）0.90～0.98红砖、红瓦、混凝土、深色油漆0.85～0.95黄色的砖、石、耐火砖等0.85～0.95白色或浅奶油色砖、油漆、粉刷等0.85～0.95涂料0.90～0.95窗玻璃0.40～0.65光亮的铝粉漆0.20～0.30铜、铝、镀锌铁皮、研磨铁板0.02～0.05研磨的黄铜、铜、铝0.02～0.04建筑材料黑度ε86四、辐射换热换热强度:qr=αr(θ1–θ2)(W／m2)αr—辐射换热系数,与表面辐射系数、温度有关θ1,θ2—表面温度872.3.2对流传热一、对流类型自然对流温差强迫对流外力自然对流方向:热冷88壁面空气对流传热方式:层流边界层导热为主紊流区对流为主89二、对流换热换热强度:qc=αc(θ–t)(W／m2)αc—对流换热系数θ—壁面温度t—空气温度对流换热系数:自然对流时与温差有关强迫对流时与流速v有关建筑外表面:v2.4)0.6~5.2(c902.3.3热传导一、热传导的时间和空间概念等温线(面)热流指向温度梯度降低的方向二维(三维)传热一维传热(平壁传热)91稳定传热:各点温度不随时间变化能量守恒,即任意封闭空间Q进=Q出非稳定传热:温度随时间变化周期传热:温度随时间周期性变化q进q出92二、平壁稳定传