太阳辐射

§2-3太阳辐射的透过，吸收和反射如下图所示，辐射热量Q投射到物体表面上时，其中一部分被物体表面反射；一部分在进入表面后被物体吸收；其余部分则透过物体。根据能量守恒定律：11///QQQQQQQQQQ1QQQQQQ或即式中各部分能量之比：称为透过率、吸收率和反射率。分别用符号、、表示。全透明体=1；白体=1；黑体=1；不透明体+=1。11///QQQQQQQQQQ11///QQQQQQQQQQQQQQ11.热辐射热辐射是指大部分能量处于0.76至20微米波段的红外辐射，如大气长波辐射、建筑围护结构表面的辐射以及房间照明和设备的辐射等。对于热辐射，不透明物体可当作灰体处理，其吸收率与波长几乎无关，颜色影响很小，在热平衡条件下，吸收率=黑度（即）。一、不透明物体的吸收率不透明物体的吸收率并非常数，它取决于两个方面的条件：(1)物体自身状况（物性、温度及表面颜色、光洁度等）；(2)投入射线的波长和入射角。2.太阳辐射太阳辐射中0.38~0.76微米波段的可见光约占总辐射能量的46%，物体表面颜色对可见光的吸收具有强烈的选择性。但必须注意，物体在可见光辐射下，其黑度并不等于吸收率。3.射线入射角的影响实际物体对来自不同方向的辐射能，其吸收率不同，随入射角的不同而改变。如图2-11所示，从法线方向开始，入射角在相当大的范围内，表面吸收率变化不大，但当，表面吸收率则开始显著地减少。60i60i1.射线在不同介质分界面上的反射百分比入射角与反射角的关系：二、半透明物体对太阳光辐射的吸收、反射和透过2112sinsinnnii式中——入射角；——折射角；——折射指数，空气折射指数等于1.0，玻璃平均折射指数为1.526。对单波长的反射百分比：)(tan)(tan)(sin)(sin21122122122122iiiiiiiiIIr当射线以法线方向入射时：)0(2122121)0(iinnnnr式中——波长为的射线，法向入射时的反射百分比。2112sinsinnnii2112sinsinnnii2112sinsinnnii)0(2122121)0(iinnnnr2.射线通过薄层的吸收百分比：半透明薄层对于太阳辐射的吸收现象与大气层对太阳光辐射的吸收规律相同，即不同波长的射线按指数关系衰减，表达式为求解可得：LKIIexp0LKIIaexp110LKaexp1式中——经过半透明薄层以后，波长为的太阳辐射强度；——进入薄层时，波长为的太阳辐射强度；——射线透过薄层时的路程长度，；——半透明薄层的厚度，mm；——消光系数。辐射强度被吸收的百分比为太阳辐射通过玻璃薄层时，辐射强度被吸收的百分比可简化如下：2cos/idLLKIIexp0LKIIexp0LKIIexp0LKIIexp0dIKIdxd)1(1)1(arra2222)1(1)1()1(1ararr222)1(1)1()1(arar221c2122111c21211111c212121c3.半透明薄层的反射、吸收和透过阳光照射到两侧均为空气的半透明薄层时，射线要通过两个分界面才能从一侧透射到另一侧。如图2-15所示。图2-16表示阳光照射至双层半透明薄层时，其总透射率，总反射率和两层半透明薄层时各自的吸收率。单层半透明薄层的吸收率、反射率、透过率分别为：、双层半透明薄层的吸收率、反射率、透过率分别为：、、、§2-4室外空气综合温度维护结构外表面热平衡可用下式表示：caq建筑维护结构的外表面除与室外空气发生热交换外，还会受到太阳辐射的作用，其中包阔太阳直射辐射、天空散射辐射，地面反射辐射以及大气长波辐射和来自地面的长波辐射。如下图所示室外室内外壁q0壁体得热(负值为失热)BqgqSqRqraqatracagBRSqqqqqqq0即：太阳辐射+地面反射辐射+大气长波辐射+地面热辐射=传热+对流换热+热辐射在这个热平衡关系中，要着重说明一个问题，就是围护结构表面的对流换热和辐射换热。一、板壁围护结构外表面的换热板壁围护结构外表面的对流换热洗漱和辐射换热系数，均与外界气象条件以及外表面的温度有关，所以，它们实际上都是变量，必要时应仔细列公式进行计算。为了计算工作的简便，在供暖与空调的冷热负荷计算中，一般采用一个总换热系数，来统一计算表面对外的总换热量。即式中，，板壁围护结构外表面的总换热量(包括对流和辐射两部分)为：racaaqqqaq其中)(10010010010004444araaoobaooabrattTTCTTCq式中——黑体辐射常数，等于5.67W/m2·K4;——系统黑度，基本上等于壁面黑度，即obraC32100104mT20amTTTbCoaooa注：在冷负荷计算中，可看做是常数。即ra)()()(000aaaraacacattttttq围护结构外表面与外界的实际辐射换热量为外表面对天空的辐射换热量与对地面的辐射换热量之和，即eragogogbSososbraqqTTCTTCq440440'100100100100racagBRSqqqqqqq0eraraqqq'二、室外空气综合温度根据围护结构外表面的热平衡方程式，可以得出由围护结构外表面向壁体内侧的传热量。它包括传统的辐射换热量与有效辐射量，即得)()()()(0000tttttttqqqtqttqqzaesaaaeaRSaaeaaRS'0racaRSqqqqqaeaRSazqqqtt式中。综合表达了室外空气温度、太阳辐射、地面反射辐射和长波辐射、大气长波辐射对围护结构外表面的综合热作用，故称为室外空气综合温度。zt由于玻璃很薄，导热系数较大，就是说惰性很小，所以，这部分传热可按稳态传热考虑，即n时刻通过玻璃窗的传热HG(n)等于：一、通过玻璃窗的传热量)]()([)(ntntKFnHGra式中——玻璃窗的传热系数；——玻璃窗的面积；——n时刻室外空气温度；——n时刻室内空气温度。KF)(nta)(ntr§2-5透过玻璃窗的太阳辐射热量通过无遮阳玻璃窗的太阳辐射得热应包括透过的全部和吸收中的一部分：二、透过玻璃窗的太阳辐射得热HGHGHGg——透过单位玻璃面积的太阳辐射得热量，它等于太阳辐射强度乘以玻璃的透射率，即——由于玻璃吸收太阳辐射热所造成的房间得热。假定玻璃吸热后温度仍均匀分布，则向室内放热量应为式中ddDiDiIIHG)(ddDiDiraaIIRRRHGHGHG2/mW标准玻璃太阳的热量以某种类型和厚度的玻璃作为标准透光材料，其在无遮阳条件下的太阳得热量，作为标准太阳的热量，用符号“SSG”表示。我国采用3mm厚的普通玻璃作为标准透光材料，当，。0i126.0,074.080.0dDiddDiDidraaddDiraaDiDiddDiDiraaddDiDiSSGSSGgIgIRRRIRRRIIIRRRIISSG)()()()(——太阳直射辐射标准太阳得热率；——太阳散射辐射标准太阳得热率；。)60(20cossin2iDDidgidiiggDigdg定义：在法向入射条件下，通过其透光系统（包括透光材料和遮阳措施）的太阳得热率，与相同条件下标准太阳得热率之比。即：三、遮阳系数SC0000g19.1126.032.080.0ggDiDiDiDigSC标准太阳得热率率某透光系统的太阳得热遮阳系数又称全遮阳系数，等于对流遮阳系数和辐射遮阳系数之和：对流遮阳系数：辐射遮阳系数：'05.019.1raaRRRSCC'0'05.019.1raaRRRSCR下表给出了某些透光系统的遮阳系数：名称对流遮阳系数辐射遮阳系数全遮阳系数单层标准玻璃无遮挡有浅色窗帘有中色窗帘0.050.40.50.950.250.251.00.650.75双层标准玻璃无遮挡有浅色窗帘有中色窗帘0.050.350.480.890.220.220.90.60.7SC透过玻璃窗的太阳辐射得热量计算，应考虑到窗框的存在，采用玻璃的实际有效面积和阳光实际的照射面积。四、透过玻璃窗的太阳辐射的热量计算FxSCgIxgIFxSCSSGxSSGHGSfddsDiDifdsDi)()(——标准透光材料太阳直射辐射得热量，应等于；——标准透光材料太阳散射辐射得热量，应等于；——全遮阳系数；——窗面积；——窗玻璃的有效面积系数，单木窗0.7，双木窗0.6，单钢窗0.85，双钢窗0.75；——阳光实际照射面积比，等于窗上实际照射面积与窗面积之比。DiSSGfxsxdSSGDiDigIddgIF谢谢！