建筑环境学-吕洁-建筑热湿环境.ppt

1 太阳辐射对建筑物的热作用,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,3 以其他形式进入室内的热量和湿量,4 冷负荷与热负荷,5 典型负荷计算方法原理介绍,第三章 建筑热湿环境,室内热湿环境,1 太阳辐射对建筑物的热作用,外扰中的辐射热,1 太阳辐射对建筑物的热作用,外扰中的湿量,内扰中的湿量,内扰中的热量,1 太阳辐射对建筑物的热作用,某时刻的得热（Heat Gain，HG）：某时刻在内外扰作用下进入房间的总热量，包括显热和潜热。,由于围护结构本身存在的热惯性，通过围护结构的得热量与外扰之间存在着衰减和延迟的关系,1 太阳辐射对建筑物的热作用,1 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热,1.不透明物体对太阳辐射的吸收,围护结构的表面越粗糙、颜色越深，吸收率越高，反射率越低。,2.半透明物体对太阳辐射的吸收、反射和透过,玻璃对可见光和波长为3um以下的短波红外线来说，几乎是透明的，但却能有效的阻止长波红外线辐射。,1 太阳辐射对建筑物的热作用,将具有低发射率、高红外反射率的金属（铝、铜、银、锡等），使用真空沉积技术，在玻璃表面沉积一层极薄的金属涂层，这样就制成了 Low-e(Low-emissivity)玻璃。对太阳辐射有高透和低透不同性能。,低透low-e玻璃,1 太阳辐射对建筑物的热作用,空气半透明薄层界面的反射百分比射线单程通过半透明薄层的吸收百分比,阳光从空气入射进入玻璃薄层，由于分界面的反射作用，只有（1-r）的辐射能进入玻璃层；经玻璃的吸收作用，剩余的（1-r）(1-a0)的辐射能才能抵达第二个分界面；,1 太阳辐射对建筑物的热作用,阳光照射到半透明薄层时，半透明薄层对太阳辐射的总反射率、吸收率和透过率是阳光在半透明薄层内进行反射、吸收和透过的无穷次反复之后的无穷多项之和。,半透明薄层的总吸收率为：,半透明薄层的总反射率为：,1 太阳辐射对建筑物的热作用,半透明薄层的总透过率为：,两层半透明薄层的总透过率为：,两层半透明薄层的总反射率为：,1 太阳辐射对建筑物的热作用,第一、二层半透明薄层的总吸收率分别为：,空气-半透明薄层界面的反射百分比r与射线的入射角和波长有关，其关系式为：,其中i1和i2分别为入射角和折射角。入射角和折射角的关系取决于两种介质的性质，即与两种介质的折射指数n有关，其关系式为：,空气的平均折射指数n=1.0；在太阳光谱范围内，玻璃的平均折射指数n=1.526。,1 太阳辐射对建筑物的热作用,1 太阳辐射对建筑物的热作用,可近似认为玻璃对长波辐射不透明；半透明薄层的吸收率、反射率和透过率都随入射角改变。,1 太阳辐射对建筑物的热作用,二、室外空气综合温度tz（Solar-air temperature）,1 太阳辐射对建筑物的热作用,1 太阳辐射对建筑物的热作用,1 太阳辐射对建筑物的热作用,室外空气综合温度tz的表达式：,在一般空调负荷计算中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，则：,1 太阳辐射对建筑物的热作用,Think，tz 与有效天空温度Tsky、室外空气温度tair相同吗？与什么因素有关？人们常说的“体感温度”是什么？,tz：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的一个综合热作用，是考虑了室外空气和太阳短波辐射的加热作用、及围护结构外表面的有效长波辐射的自然散热作用，将三者对外围护结构的共同作用综合成一个单一的室外气象参数。,Tsky：是天空有效辐射温度（因大气吸收太阳辐射和地面长波辐射而具有一定温度，会向地面发出长波辐射），该值与天空气象条件有关。,1 太阳辐射对建筑物的热作用,tair：距地面1.5m高、背阴处的空气温度。,气温对任何朝向的外墙和屋顶的影响是相同的，但太阳辐射热的影响不同，加上外表面材料和颜色及室外风速的差异，则各朝向的室外空气综合温度就不同了。平屋顶tz最大，其次是西墙，炎热地区须重视屋顶和东西墙的隔热。,1 太阳辐射对建筑物的热作用,计算白天的室外空气综合温度时可忽略长波辐射；夜间由于没有太阳辐射，不可忽略建筑物的长波辐射；对于垂直表面近似取Qlw=0；对于水平面，取Qlw/out=3.54.0。,结构外表面采用浅色平滑的粉刷和饰面材料，以减少太阳辐射热的吸收；屋顶或墙面外侧设置遮阳设施；结构外表面采用对太阳短波辐射吸收率小而长波发射率大材料。,1 太阳辐射对建筑物的热作用,降低tz的办法：,三、夜间辐射（有效辐射、长波辐射Qlw、天空辐射）,一、通过围护结构的显热得热,通过围护结构形成的潜热得热：主要来自于围护结构的湿传递。,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,围护结构的传热量和温度的波动幅度与外扰波动幅度之间存在衰减和延迟的关系。围护结构热容量愈大，蓄热能力愈大,愈滞后，波幅衰减愈大。,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,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。,该式描述了围护结构内温度分布情况,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,当同一空间的各内表面之间温差不大的情况下，室内各表面之间的长波辐射可忽略；存在较大温差时室内各表面之间的长波辐射不可忽略;内表面温度是导热、对流、辐射和蓄热综合作用的结果。,当室外温度有所变化时，围护结构外表面、围护结构本身各部位和内表面的温度变化比室外空气温度的变化时间上有所滞后。距外表面距离越远，滞后的时间就越长。,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,该式描述了围护结构内表面传到室内空气的热量，即：通过非透明围护结构实际传入室内的热量。,内表面辐射如何影响板壁的传热？,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,气象和室内气温对板壁传热量的影响比较确定，容易求得 内表面辐射对传热量的影响较复杂，涉及角系数和各表面温度,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,通过非透明围护结构的得热:,实际通过围护结构传入室内的热量与通过围护结构得热的差值：,二、通过透光外围护结构的得热,通过玻璃窗形成的围护结构得热,热交换形式：导热,1.通过透光外围护结构的传热量,因玻璃薄，导热系数大，惰性小，传热近似按稳态传热计算：,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,Think，包括哪几种传热方式?影响因素有哪些?,2.透过玻璃窗的太阳辐射得热量,照到窗玻璃表面的阳光,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,玻璃窗的种类与热工性能,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,我国 民用建筑：常用：铝合金框或塑钢框配单层或双层普通透明玻璃，双层玻璃间为空气夹层北方地区：多装有两层单玻窗。商用建筑：采用有色玻璃或反射镀膜玻璃。发达国家 寒冷地区的住宅：多装有充惰性气体的双玻窗 商用建筑：多采用高绝热性能的low-e玻璃窗。,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,玻璃窗的种类与热工性能,不同结构的窗有着不同的热工性能气体夹层和玻璃本身均有热容，但较墙体小。,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,透过单位面积玻璃的太阳辐射得热：玻璃吸收太阳辐射造成的房间得热：注意：玻璃吸热后会向内、外两侧散热 总得热：HGsolarHGglass,+HGglass,a,通过玻璃窗的太阳辐射得热,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,标准太阳得热量SSG（Standard Solar heat Gain）：,以某种类型和厚度的玻璃作为标准透光材料，其在无遮挡条件下的太阳得热量。,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,遮阳方式,现有遮阳方式 内遮阳：普通窗帘、百页窗帘 外遮阳：挑檐、可调控百页、遮阳蓬 窗玻璃间遮阳：夹在双层玻璃间的百页窗帘，百页可调控 我国目前常见遮阳方式 内遮阳：窗帘 外遮阳：屋檐、遮雨檐、遮阳蓬,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,通风双层玻璃窗，内置百页,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,内百页,无通风,有通风,外遮阳和内遮阳有何区别?,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,透过玻璃窗的实际太阳辐射得热量采用对标准玻璃的太阳得热量进行修正的方法计算：,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,通过透光外围护结构的得热量：,通过透光外围护结构的得热量与实际传热量之间同样有差别，其原因是：玻璃两侧表面与空气之间的温差不同玻璃不仅通过对流散热，还通过长波辐射散热玻璃吸热后内部温度分布和内表面温度会有显著变化室内存在辐射热源时对总传热量有影响,通过透光外围护结构的得热量的其他计算方法（自学）,一般情况：忽略透过围护结构的水蒸气；恒温恒湿或低温环境：考虑通过围护结构的水蒸气渗透,三、通过围护结构的湿传递,湿传递：当围护结构两侧空气的水蒸气分压力不相等时，水蒸气将从分压力的高侧向低侧转移。,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,围护结构内部水蒸气凝结或冻结现象当围护结构内任一断面上的水蒸气分压力该断面温度所对应的饱和水蒸气分压力，在此断面会有水蒸气凝结；当该断面温度零度，出现冻结现象。,后果导致围护结构传热系数增大；加大围护结构传热量；加速围护结构的损坏。,预防措施围护结构尽量采用外保温层；内保温时应设置隔汽层。,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,式中H0围护结构的总蒸汽渗透阻，m2 hPa/g；dm任一分层的厚度，m；m任一分层材料的蒸汽渗透系数，g/（mhPa），m=1，2，3，n。,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,内部冷凝的检验：,根据室内外空气温湿度确定水蒸汽分压力Pi和Pe计算围护结构各层水蒸汽分压力，做“P”分布线根据室内外空气温度，确定各层温度，做“Ps”分布线根据“P”线和“Ps”线相交与否来判定围护结构内部是否会出现冷凝现象,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,【例】检验外墙结构是否会产生内部冷凝。已知室内空气温度=16，相对湿度=60%，采暖期室外平均气温=4，平均相对湿度=50%。,【解】（1）计算各分层的热阻和水蒸汽渗透阻,R=0.461，H=2517.13,（2）计算室内外空气的水蒸汽分压力,ti=16时，Ps=1817.2Pa,te=4时，Ps=437.3Pa,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,（3）计算围护结构内部各层的温度和水蒸汽分压力,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,冷凝区,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,冷凝条件取决于,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,冷凝的补救措施,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,保温和隔热的区别：,评价指标不同,传热过程不同,构造措施不同：由多孔轻质保温材料构成的轻型围护结构保温性能较好，隔热性能较差。,保温层设置方式,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,外保温的优点：有效切断热桥，防结露容重大的材料层设室内一侧，间歇供热时对室内气温有一定调节作用，提高热稳定性提高外墙内表面温度，改善热舒适环境对主体起保护作用符合防潮设计原则旧楼改造不影响住户比内保温厚度小（含湿率小，温度梯度大）外保温的缺点：造价高，施工技术要求严，使用环境苛刻,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,内保温的优点：易施工和维修，造价低，对材料性能要求不高内保温的缺点：不适于湿度大地区或潮湿房间条件受热桥传热加强的影响，需增加保温层厚度才能达到相应节能效果，造价升高内侧悬挂固定物件困难需在保温层低温侧设吸湿空气层，在保温层高温侧设隔气层（塑料薄膜、防水卷材、铝箔等）,夹芯保温的特点：属于隐蔽工程，施工要求高，热桥处因温差增大易结露，耗热量增大,空气层在围护结构中有多种应用：吸声、防潮、去湿、集热、通风等，厉害着呢！,2 建筑围护结构的热湿传递与得热,一、室内产热产湿量,室内热湿源,3 以其他形式进入室内的热量和湿量,室内显热热源包括照明、电器设备、人员 显热热源散热的形式 辐射：进入墙体内表面、空调辐射板、透过玻璃窗到室外、其它室内物体表面（家具、人体等）；对流：直接进入空气。显热热源辐射散热的波长特征 可见光和近红外线：灯具、高温热源（电炉等）长波辐射：人体、常温设备,3 以其他形式进入室内的热量和湿量,3 以其他形式进入室内的热量和湿量,室内湿源包括人员、水面、产湿设备 散湿形式：直接进入空气 得热往往考虑围护结构和家具的蓄热，“得湿”一般不考虑“蓄湿”湿源与空气进行质交换同时一般伴随显热交换 有热源湿表面：水分被加热蒸发，向空气加入了显热和潜热，显热交换量取决于水表面积 无热源湿表面：等焓过程，室内空气的显热转化为潜热 蒸汽源：可仅考虑潜热交换,1.设备与照明的散热,影响因素,室内设备,3 以其他形式进入室内的热量和湿量,3 以其他形式进入室内的热量和湿量,这并不意味着计算的简单,你得确定使用时间.,3 以其他形式进入室内的热量和湿量,2.人体的散热散湿（第4章）：与代谢率有关,3.室内湿源,（a）孔口出流：流速较高，流动处于阻力平方区：,（b）渗流：流速缓慢，流道断面细小而复杂，流动处于层流区：,3 以其他形式进入室内的热量和湿量,二、空气渗透带来的得热,3 以其他形式进入室内的热量和湿量,决定空气渗透量的因素,空调房间,风压造成空气渗透的估算方法,3 以其他形式进入室内的热量和湿量,1.缝隙法 La=klal 式中La房间空气渗透量，m3/h；la单位长度门窗缝隙的渗透量，m3/（hm）；l门窗缝隙总长度，m；k主导风向不同情况下的修正系数。2.换气次数法 La=nV 式中n换气次数，次/h；V房间容积，m3。美国的估算方法：式中 v室外平均风速，m/s；a、b、c系数。,你认为哪一种方法更科学合理些呢？,3 以其他形式进入室内的热量和湿量,由于空气渗透带来的得热：,式中 hout室外空气的比焓；hin 室内空气的比焓；空气密度。,由渗透空气带来的显热得热：通过室内外的空气温差求得由渗透空气带来的湿量：通过室内外的空气含湿量差求得,按是否随时间变化分,按性质不同分,4 冷负荷和热负荷,一、负荷的定义,1.得热量,2.热负荷,3.冷负荷,瞬时得热,4 冷负荷和热负荷,二、负荷与得热的关系,1.瞬时得热与瞬时冷负荷的关系,通过围护结构导热进入室内的得热,渗透空气得热,潜热得热,室内热源散发的显热,4 冷负荷和热负荷,透过玻璃窗进入室内的太阳辐射得热先传递给室内各表面吸收和贮存，使其表面温度高于空气后以对流换热方式进入空气，成为瞬时冷负荷。（存在延迟）,4 冷负荷和热负荷,2.瞬时日射得热量与冷负荷的关系,3.照明得热和实际冷负荷之间的关系,有关，但不等于得热，取决于房间的构造、围护结构的热工特性和热源的特性；实际冷负荷的峰值比太阳辐射热的峰值少约40%，出现时间迟于太阳辐射热峰值出现的时间；得热量转化为冷负荷过程中存在衰减和延迟现象，由围护结构和家俱等的蓄热能力决定。,4 冷负荷和热负荷,冷负荷与得热量的关系：,空调负荷计算必须考虑围护结构的吸热、蓄热和放热过程；不同性质的得热量所形成的室内逐时冷负荷是不同的，确定房间逐时冷负荷时必须按不同性质的得热分别计算，需要掌握各种得热的对流和辐射的比例；照明和机械设备的对流和辐射的比例分配与其表面温度有关；人体的显热和潜热比例分配与人体所处的状况有关。,4 冷负荷和热负荷,三、负荷的数学表达,4 冷负荷和热负荷,1.常规送风空调系统的负荷,房间空气的热平衡关系,室内热源对流得热 室内热源得热-热源向内表面短波辐射-热源向内表面长波辐射,4 冷负荷和热负荷,空调系统的总冷负荷：,4 冷负荷和热负荷,4 冷负荷和热负荷,2.有冷辐射板的空调系统的负荷,传到 i表面的通过围护结构的导热量+(i表面获得的太阳辐射得热+i表面获得的热源短波辐射得热)i表面的对流换热+(i表面向其他表面的长波辐射+i表面向空调辐射板的长波辐射-i表面获得的热源的长波辐射得热)通过玻璃热传导传到i表面的得热量+i表面吸收的通过玻璃本身的太阳辐射=i表面的对流换热+i表面向其他表面的长波辐射+i表面向空调辐射板的长波辐射-i表面获得的热源的长波辐射得热,4 冷负荷和热负荷,适用于各种形式空调系统的通用显热冷负荷表达式：,4 冷负荷和热负荷,显热冷负荷与房间得热量间的差值：,4 冷负荷和热负荷,在与常规送风空调系统维持相同的室内空气温度的情况下：冷辐射板系统的冷负荷可能高于常规送风空调系统的冷负荷，这是因为外围护结构内表面温度会因此而降低，导致通过围护结构传入室内的热量增加；同样，热辐射板空调系统的热负荷也可能高于常规送风空调系统的热负荷,4 冷负荷和热负荷,3.室内空气参数变化时空调系统的除热量,空调系统实际显热除热量=显热冷负荷-因空气增温所需消耗的热量,5 典型负荷计算方法原理介绍,典型负荷计算方法原理介绍,目的：使负荷计算能够在工程应用中实施 发展：由不区分得热和冷负荷发展到考虑二者的区别,稳态算法 不考虑建筑蓄热，负荷预测值偏大 动态算法，积分变换求解微分方程冷负荷系数法、谐波反应法：夏季设计日动态模拟。计算机模拟软件 DOE-2(美国)、HASP(日本)、ESP(英国)DeST(清华),常用的负荷求解法,5 典型负荷计算方法原理介绍,5 典型负荷计算方法原理介绍,一、稳态计算法,方法 采用室内外瞬时温差或平均温差，负荷与以往时刻的传热状况无关：QKFT 特点 简单，可手工计算 未考虑围护结构的蓄热性能，计算误差偏大 应用条件 蓄热小的轻型简易围护结构 室内外温差平均值远远大于室内外温度的波动值,5 典型负荷计算方法原理介绍,1）计算蓄热性能不强的轻型、简易围护结构的传热过程且缺乏参考数据时：逐时室内外温差传热系数传热面积。2）室内外温差的平均值室内外温差的波动值时：采用平均温差计算。,式中 t0冬季室外设计温度，（对空调系统为每年不保证1d、采暖系统每年不保证5d的最低日平均温度）；tin冬季室内设计温度，。,5 典型负荷计算方法原理介绍,我国北方冬季采暖负荷：用日平均温差的稳态计算法计算,夏季冷负荷的计算与冬季相同吗？采用日平均温差或逐时室内外温差会有怎样的结果呢？,缺点：计算结果偏大（围护结构蓄热性能愈好误差愈大），设备投资浪费。,二、动态计算法积分变换法,对于常系数的线性偏微分方程，采用积分变换如 傅立叶变换 或 拉普拉斯变换（积分变换的概念是把函数从一个域中移到另一个域中，在这个新的域中，函数呈现较简单的形式，因此可以求出解析解）然后再对求得的变换后的方程解进行逆变换，获得最终的解。,5 典型负荷计算方法原理介绍,5 典型负荷计算方法原理介绍,为何板壁不稳定传热适用拉普拉斯变换？,拉普拉斯变换的应用条件 时间变化范围为半无穷区间（0，+）必须是线性定常系统 拉普拉斯变换的特点复杂函数变为简单函数 偏微分方程变换为常微分方程 常微分方程变换为代数方程,如果输入原函数是指数函数，则不需变换直接输入，即可求得解的原函数。,传递函数G(s)仅由系统本身的特性决定，而与输入量、输出量无关，因此建筑的材料和形式一旦确定，就可求得其围护结构的传递函数。,5 典型负荷计算方法原理介绍,积分变换法原理,应用条件,对于普通材料的围护结构的传热过程，在其一般温度变化的范围内，材料的物性参数变化不大，可近似看作是常数，可采用拉普拉斯变换法来求解。对于采用材料的物性参数随温度或时间有显著变化的围护结构的传热过程，就不能采用拉普拉斯变换法来求解。,5 典型负荷计算方法原理介绍,线性定常系统的特性,可应用叠加原理对输入的扰量和输出的响应进行分解和叠加。当输入扰量作用的时间改变时，输出响应的时间在产生同向、同量的变化，但输出响应的函数不会改变。可把输入量进行分解或离散为简单函数，再利用变换法进行求解。求出分解或离散了的单元输入的响应，这些响应也应该呈简单函数形式。再把这些单元输入的响应进行叠加，就可以得出实际输入量连续作用下的系统的响应输出量。,5 典型负荷计算方法原理介绍,输入边界条件的处理方法,输入边界条件的处理步骤 边界条件的离散或分解；求对单元扰量的响应；把对单元扰量的响应进行叠加和叠加积分求和。两种基于积分变换的负荷计算法：函数均采用拉普拉斯变换，边界条件的处理方法不同 对边界条件进行傅立叶级数分解：谐波反应法 对边界条件进行时间序列离散：反应系数法,5 典型负荷计算方法原理介绍,5 典型负荷计算方法原理介绍,对边界条件处理的主要方法：,1）把边界条件进行傅里叶级数展开谐波反应法,武汉市室外干球温度的全年变化,5 典型负荷计算方法原理介绍,输入边界条件的处理方法：傅立叶级数分解,5 典型负荷计算方法原理介绍,5 典型负荷计算方法原理介绍,2）把边界条件离散为等时间间隔、按时间序列分布的单元扰量，不需要考虑扰量是否呈周期变化，适于各种非规则的内外扰量反应系数法、冷负荷计算法,两种积分变换法,反应系数法(冷负荷系数法)：任何连续曲线均可离散为脉冲波之和。将外扰分解为脉冲，分别求得脉冲外扰的室内响应，再进行叠加 室内负荷。对应离散系统，拉普拉斯变换转化为Z变换 谐波反应法：任何一连续可导曲线均可分解为正(余)弦波之和。把外扰分解为余弦波，分别求出每个正(余)弦波外扰的室内响应，并进行叠加。,5 典型负荷计算方法原理介绍,设备使用1小时的室内负荷响应,得热：Q(t)输入干扰负荷：CLQ(t)响应,反应系数法原理图示(1),5 典型负荷计算方法原理介绍,设备使用2小时的室内负荷,5 典型负荷计算方法原理介绍,反应系数法原理图示(2),5 典型负荷计算方法原理介绍,设备使用10小时的室内负荷响应,反应系数法原理图示(3),反应系数的大小即反应了某一项因素对某时刻负荷大小的影响程度。反应系数为01，相当于影响为0100%。内外扰的处理 围护结构传热采用冷负荷温度 日射冷负荷采用冷负荷系数 内扰采用冷负荷系数,5 典型负荷计算方法原理介绍,反应系数法,(a)围护结构传热冷负荷基本计算式:Qcl，wall()=KwallF wall tcl，wall()ta，in tcl，wall()为冷负荷温度逐时值，与围护结构类型、气象条件、朝向有关。tcl()反映了室外空气温度、阳光辐射、建筑物蓄热等因素的综合影响。,5 典型负荷计算方法原理介绍,5 典型负荷计算方法原理介绍,(b)日射冷负荷:Qcl，wind，sol()=FwindCs Cn Djmax Ccl，wind()F为窗面积，Djmax是日射得热因素最大值Ccl，wind()是冷负荷系数，与有无遮阳、纬度、朝向有关。Cs为玻璃遮挡系数，Cn为遮阳系数。,5 典型负荷计算方法原理介绍,(C)内扰冷负荷Qcl，H()=HGH(0)Ccl，H(-0)HGH(0)为内热源散热量Ccl，H(-0)是冷负荷系数Ccl，H(-0)与距开始使用后时间、热源特性和连续使用时间有关。,谐波反应法,对外扰的分解：室外空气综合温度 tz()=tzp+tz()=tzp+tzn sin(n+n)=A0+An sin(2n/T+n)对外扰的响应形式：围护结构对不同频率外扰有一定的衰减n=An/Bn与延迟n，响应也是傅立叶级数形式：tin,n()=An/nsin(2n/T+n-n)通过围护结构形成的负荷：叠加tin,n()可得出tin()，通过tin()和室内热平衡就可求出负荷。,5 典型负荷计算方法原理介绍,谐波反应法,玻璃窗冷负荷 传热温差用外气温而不是室外综合温度：Qcl()=KF t()=KF twp tin+twn sin(n+n)内扰冷负荷 对内扰响应的分解方法类似对外扰响应的分解。,5 典型负荷计算方法原理介绍,2）日射部分：,式中 xg、xd分别为窗的有效面积系数和地点修正系数；Cn、Cs分别为遮阳设施的遮阳系数和窗玻璃的遮挡系数;F窗口面积;J()当地玻璃窗的日射负荷强度。XdJ（）相当于冷负荷系数法的DjmaxCcl,wind()XgF相当于冷负荷系数法的Fwind,5 典型负荷计算方法原理介绍,谐波反应法简化算法,1）传导部分(墙、窗)：,式中 t-一定室温下的当量冷负荷温差,相当于冷负荷系数法的 tcl，wall()ta，in。,3）内扰部分,5 典型负荷计算方法原理介绍,式中JX-0负荷强度系数，同冷负荷系数法的Ccl，H(-0)；-0是热源开始散热的时刻0至计算时刻的时间间隔.,5 典型负荷计算方法原理介绍,两种计算方法的相同点：谐波反应法的简化算法与冷负荷系数法形式一致。室内空气温度看作常数，热源对流和辐射比例给定，与墙表面角系数给定；忽略透过玻璃窗的日射落在围护结构内表面上的光斑的影响把墙体传热过程作为孤立过程处理，不考虑与其它墙面和热源之间的相互影响，对围护结构内表面之间的长波辐射简化处理,两种计算方法的缺陷：虽然考虑得热和冷负荷之间的区别，但只是在一定程度上反应了这种区别，对辐射造成的影响做了简化；不能分析变物性材料如相变材料制成的围护结构的传热过程；当被研究的房间与假定相差较远时计算结果误差较大（如内表面温度差别较大，房间形状不规则，室内空气控制温度随时间变化较大时）,5 典型负荷计算方法原理介绍,1.DOE-2 1979年美国劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）开发的建筑全年逐时能耗模拟软件，国际上应用最普遍的建筑热模拟商用软件。其冷热负荷模拟部分采用反应系数法，假定室内温度恒定，不考虑不同房间之间的相互影响。,5 典型负荷计算方法原理介绍,三、模拟分析软件,2.ESP 19771984年英国Strathclyde大学开发的建筑与设备系统能耗动态模拟软件。负荷计算采用有限差分法求解一维传热过程，不需要对基本传热方程进行线性化，可模拟具有非线性部件的建筑热过程（如有特隆布墙或相变材料等变物性材料的建筑）,3.EnergyPlus90年代美国劳伦斯伯克利国家实验室开发的商用、教学研究用的建筑热模拟软件。负荷计算采用传递函数法（反应系数法）4.DeST20世纪90年代清华大学开发的建筑与暖通空调系统分析和辅助设计软件。负荷模拟部分采用状态空间法。,5 典型负荷计算方法原理介绍,状态空间法与有限差分法的比较：状态空间法：在空间上进行求解，但时间上保持连续。可处理多房间问题，求解过程所取时间步长可大可小有限差分法：在时间和空间上均进行离散，只能取较小的时间步长以保证解的精度和稳定性,5 典型负荷计算方法原理介绍,状态空间法、反应系数法、谐波反应法的相同之处：均要求系统线性化；不能处理相变墙体材料、变表面换热系数、变物性等非线性问题,以空气参数为控制目标应以人为主体（针对舒适性空调）只考虑空气状态参数系统启停频繁，室内参数波动节能，限制新风量影响室内空气品质,Think:,当前暖通空调在创造建筑热湿环境方面存在的问题有哪些?,讨 论,适当降低(提高)冬季(夏季)室内设计温度；合理设计建筑平面与体形、朝向、房间布置、外门密封等；窗户隔热（双层、密封等），减小窗墙比，遮阳；改善围护结构热工性能，按最大热阻设计；采用外气空调（过渡季节、阴雨天气）或自然通风；空调系统优化设计、运行管理,讨 论,空调建筑可以采用哪些节能措施?,Think:,自然能源利用：被动式太阳房；夜间通风，适用于炎热地区,介 绍,地冷空调被动蒸发降温：喷水屋顶、淋水屋顶、蓄水屋顶、建筑外表面涂刷吸湿材料、屋顶铺设多孔含湿材料长波辐射降温（适于日夜温差大的地区）白天用反射系数大的材料覆盖屋面，夜间收起；屋面涂刷选择性辐射涂料，使对短波辐射吸收能力小，对长波辐射发射本领强；外表面刷白等浅色处理。,介 绍,本章小结,了解窗透射得热、围护结构热湿传递理解典型负荷计算方法的原理掌握冷热负荷的定义及与得热的关系,