太阳辐射强度的表达式1太阳直射辐射课件.ppt

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1、第二章 空调房间的冷（热）、湿负荷及送风量的确定,第一节 室外空气计算参数和室内温湿度标准的选择第二节 太阳辐射热第三节 空调房热负载的计算方法第四节 空调房间送风状态及送分量的确定,冷负荷：向房间供应的冷量,热负荷：向房间供应的热量,湿负荷：从房间除去的湿量,目的,连续保持空调房间的恒温、恒湿,第一节 室外空气计算参数和室内温湿度标准的选择,一、室外空气计算参数,室外空气温度,通过围护结构传递的热量,决定,室外空气干球温度,室外空气湿球温度,加热（或冷却）室外新风所需热、冷量,室外新风状态,决定,（一）夏季空调室外计算干、湿球温度夏季空调室外计算干球温度应采用历年平均不保证50小时的干球温度

2、；夏季空调室外计算湿球温度应采用历年平均不保证50小时的湿球温度。,（二）夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度夏季计算经围护结构传入室内的热量时，应按不稳定传热过程计算，因此必须已知设计日的室外日平均温度和逐时温度。夏季空调室外计算日平均温度应采用历年平均不保证5天的日平均温度。,tsh-室外计算日的逐时温度，；,twp-夏季空气调节室外计算日平均温度，;,tr-夏季室外计算日较差，；,twg-夏季室外计算干球温度，；,-室外温度逐时变化系数,定义式,定义式,（三）冬季空调室外计算温度、湿度的确定为便于计算，冬季围护结构传热按稳定传热计算，不考虑室外气温的波动。冬季采用空调设备送热风时，计算其

3、围护结构传热和计算冬季新风负荷采用同一冬季空调室外计算温度。,冬季空调室外计算温度应采用历年平均不保证一天的日平均温度。若冬季不使用空调设备送热风，仅采用采暖设备补偿房间失热时，计算围护结构传热应采用采暖室外计算温度。冬季空调室外计算相对湿度应采用累年最冷月平均相对湿度。,室内温湿度标准,空调精度,温湿度基数,基准温度,基准相对湿度,室内温度允许波动范围,室内相对湿度允许波动范围,（一）舒适型空调室内温、湿度标准舒适型空调室内计算参数如下：夏季：湿 度 应采用2428;相对湿度 应采用4065%：风 速 不应大于0.3m/s.冬季：湿 度 应采用1822：相对湿度 应采用4060%;风 速 不

4、应大于0.2m/s。,（二）工艺性空调室内温、湿度标准,工艺性空调,降温性空调,恒温恒湿空调,净化空调,降温型空调对温、湿度的要求是夏季工人操作时手不出汗，不使产品受潮，因此只规定温度或湿度的上限，对空调精度没有要求。恒温恒湿空调室内空气的温、湿度基数和精度都有严格要求。净化空调不仅对空气温、湿度提出一定要求，而且对空气中所含尘粒的大小和数量都有严格要求。,第二节 太阳辐射热,太阳辐射热的优、缺点？,优点:是地球上最大的天然资源；有利于冬季室内采暖,缺点：在冬季使室内产生大量余热,在进行室内冷负荷计算时，要掌握太阳辐射的热作用。,太阳总辐射,太阳直射辐射：辐射方向为直线的太阳辐射线,太阳散射辐

5、射：辐射方向无特定方向的太阳辐射线,定义,定义,太阳辐射强度：1m2黑体表面在太阳照射下所获得的热量值,定义,太阳,建筑物外表面所接受的太阳辐射强度（一）太阳辐射强度的表达式 1.太阳直射辐射（1）水平面上的直射辐射强度Js,z Js,z=IN.sin(2）竖直墙（墙面）上的直射辐射强度Jc,z Jc,z=IN.cos.cos,以上两式中：IN垂直于太阳光线的平面上的直射辐射强度，kw/m2,可由当地气象台站取得；太阳高度角；太阳辐射线在水平面上的投影与墙面法线的夹角。,散射辐射,天空散射辐射,大气长波辐射,地面反射辐射,短波辐射,中短波辐射,长波辐射,直接辐射强度,+,散射辐射强度,太阳辐射

6、总强度,在给出太阳总辐射强度的数据时，散射辐射只计算天空散射辐射。,天空散射辐射强度,水平面上辐射强度,竖直平面上辐射强度,定义式,定义式,由于围护结构外表面同时受到太阳辐射和室外空气温度的热作用，外表面单位面积上得到的热量为：,第三节 空调房间冷、湿负荷的计算方法,室内、外温差传热,太阳辐射入热,室内照明,人员、设备散热,房间得热量,得热量,按是否随时间变化,按性质不同,稳定得热,瞬变得热,潜热得热,显热得热,对流得热,辐射得热,瞬时得热,围护结构及家具,室内空气,瞬时冷负荷,瞬时日射得热与瞬时冷负荷之间关系,辐射,对流,对流,（延迟）,瞬时日射得热与冷负荷之间的关系,在计算空调负荷时，必须

7、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步的。在确定房间逐时冷负荷时，必须按不同性质的得热分别计算，然后取逐时各冷负荷分量之和。,二、冷负荷系数法计算空调冷负荷（一）房间传递函数的机理在空调负荷计算中，可以把围护结构或整个房间视为一个热力系统，将日射和室外温度变化等外界对该系统的影响作为系统的输入（扰量），而将围护结构内表面的热流和温度及室温等作为系统的输出（响应）。,空调房间发生的热传递过程，通常可看作线性定常系统，线性系统的特点是服从于迭加原理，系统特性不随时间变化。1.传递函数的基本概念传递函数的定义是：对一个线性定常系统，当初始条件为零时，输出函

8、数的拉式变换与输入函数的拉式变换之比。即：,式中G(s)系统的传递函数；O(s)输出函数O(t)的拉式变换；E(s)输入函数e(t)的拉式变换。,2.用z传递函数法计算经围护结构温差传热形成的冷负荷根据热力系统传递函数的定义，若以空调房间得热量Q(t)作为输入（扰量），则通过空调房间传递函数G（s)可计算其输出（响应)空调冷负荷LQ(t)。,式中 LQ(s)空调房间冷负荷的拉式变换；Q(s)空调房间得热量的拉式变换；G(s)空调房间的传递函数。,或,将上式进行z变换，则有式中LQ(z)系统输出量（冷负荷）的z变换；Q(z)系统输入量（房间得热量）的z变换；G(z)空调房间热力系统的z传递函数。

9、所谓z变换，就是将一个连续函数变为脉冲序列函数，也就是将连续函数化为z-1的多项式，这一多项式的各项系数等于该连续函数在相应次幂的采样时刻上的读数值。,（二）冷负荷系数法在工程上的应用为了工程上简化计算，对日射得热所形成的空调冷负荷的计算，可利用传递函数法的基本方程和相应的房间传递函数系数产生出空调冷负荷系数；对于经墙体、屋面、玻璃等维护结构传入热所形成的空调冷负荷，则利用与之相应的传递函数系数产生出冷负荷温度。,1.围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法（1）外墙和屋顶瞬变传热引起的冷负荷在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋顶瞬变传热形成的逐时冷负荷可按下式计算：,式中F外墙和屋顶的计算面积，

10、m2;K外墙和屋顶的传热系数，W/(m2.K);tn室内设计温度，；tl,n外墙和屋顶的冷负荷温度的逐时值，。,（2）外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷在室内外温差作用下，玻璃窗瞬变传热引起的逐时冷负荷，可按下式计算：式中F窗口面积，m2;K玻璃窗的传热系数，W/(m2.K)tn室内设计温度，；tl玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，。,（3）冷负荷温度的建立 针对一些定型的围护结构（如墙体、屋顶等），根据典型的条件(室外温度、日较差、纬度等）计算出它们的冷负荷逐时值LQn,然后再除以该结构的传热系数和面积，得出温差值，从而得到一组计算冷负荷的逐时温度值，称为冷负荷温度tl,n.,透过窗玻璃直接进入室内的太

11、阳辐射热,窗玻璃吸收太阳辐射后传入室内的热量,日射得热系数,考虑到在非标准玻璃情况下，以及不同窗类型和遮阳设施对日射得热的影响，可对日射得热因数加以修正，通常乘以窗玻璃的综合遮挡系数Cz.Cz=CsCn式中Cs窗玻璃的遮阳系数；Cn窗内遮阳设施的遮阳系数。,冷负荷计算方法透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷LQ按下式计算：LQ=FCzDj,maxCLQ式中 F窗玻璃的净面积，m2，是窗口面积乘以 有效面积系数Ca;Cz窗玻璃的综合遮挡系数，无因次；Dj,max日射得热系数的最大值，W/m2；CLQ冷负荷系数，无因次。,工艺设备散热,照明散热,人体散热,室内热源,潜热,瞬时冷负荷,显热,

12、对流散热,辐射散热,瞬时冷负荷,滞后冷负荷,（1）设备散热形成的冷负荷,式中 Q-设备和用具的实际显热散热量,CLQ-设备和用具显热散热冷负荷系数。,（i）电动设备,（ii)电热设备散热量,（iii）电子设备,（2）照明散热形成的冷负荷,室内照明设备散热属于稳定得热，只要电压稳定，这一得热量是不随时间变化的。但照明所散出的热量同样由对流和辐射两种成分组成。照明散热形成的瞬时冷负荷同样低于瞬时得热。,根据照明灯具的类型和安装方式不同，其冷负荷计算式如下所示:,白炽灯:,荧光灯:,（3）人体散热形成的冷负荷,人体散热与性别、年龄、衣着、劳动强度以及环境条件（温、湿度）等多种因素有关。在人体散发的热

13、量中，辐射成分约占40%,对流成分约占20%，其余40%则为潜热。这一潜热量可认为是瞬时冷负荷，对流热也形成瞬时冷负荷。至于辐射热与前述情况相同，形成滞后冷负荷。,室内湿源,人体散湿,工艺设备散湿,空调房间湿负荷,三、室内湿源散湿形成的湿负荷计算方法室内湿源包括人体散湿和工艺设备散湿。室内湿源的散湿量即形成空调房间湿负荷。人体散湿量应与散热量同样考虑和计算。,1.敞开水槽表面散湿量,式中，pq,b-相应于水表面温度下的饱和空气的水蒸汽分压力，Pa；,Pq-空气中水蒸汽分压力，Pa;,F-蒸发水槽表面积，m2；,-蒸发系数，kg/(N.s);,-标准大气压力，其值为101325Pa;,B-当地实

14、际大气压力，Pa;,a-周围空气温度为1530时，不同水温下的扩散系数，kg/(N.s),v-水面上周围空气流速，m/s.,2.地面积水蒸发量,计算方法与水槽蒸发量计算方法相同。在工业厂房中，随着工艺流程可能有各种材料表面蒸发水汽或管道漏气，其散湿量确定方法视具体情况而定，可从现场调查得其数据，也可从有关资料中查得。,（P53 例2-3）,题：试计算北京地区某手表装配车间夏季的空调设计负荷已知条件：(1)屋顶：结构同附录2-4表2中序号2，属型，K=1.163W/（m2K)，F=40m2;(2)南墙:双层全部玻璃钢窗，挂浅色内窗帘，F=16m2;(3)南墙：红砖墙，K=1.55W/(m2K)，

15、序号1，属型，F=22m2(4)内墙：临室包括走廊，均与车间温度相同。,（5）室内设计温度:tn=27；（6）室内有8人工作（上午8点至下午6点）；（7）室内压力稍高于室外大气压力。,解 按本题条件，只有前三项围护结构和人员需分别计算冷负荷。由于室内压力高于大气压力所以不需考虑由于室外空气渗透所引起的冷负荷。现分项计算如下：（1）屋顶冷负荷 由附录2-4表4查得冷负荷计算温度逐时值，即可算出屋顶逐时冷负荷，计算结果列于表2-6中。计算式为(单位为W）:,表2-6 屋顶冷负荷,(2)南外墙冷负荷由附录2-5表3查得型外墙冷负荷计算温度，将其逐时值及计算结果列入表2-7中，计算式同上。,表2-7

16、南外墙冷负荷,表2-8 南外窗瞬时传热冷负荷,（3）南玻璃窗传热引起冷负荷由附录2-4表9查得双层玻璃窗的传热系数K值，当n=8.7W/(m2K)，w=18.6W/(m2K)时，K=3.01W/(m2K)，再由表10查得玻璃窗传热系数的修正值，对全部玻璃双层应乘1.0的修正系数，最后传热系数K=3.01W/(m2K）。由附录2-5表11查出玻璃窗冷负荷计算温度ti,根据（2-35）计算，其结果见表2-8.计算式为:,(4)透过玻璃窗进入日射得热引起冷负荷题中所用玻璃为3mm普通平板玻璃钢窗，由附录2-5表4中查得双层钢窗有效面积系数C=0.75，故窗之有效面积F=160.75=12m2.由附录

17、2-5表2中查得遮挡系数Cs=0.86,由表3查出遮阳系数Cn=0.6，于是综合遮阳系数Cz=0.860.6=0.516再由附录2-5表1查出纬度为40时南向日射得热因数最大值Dj,max=302W/m2。因北京处于北纬2730以北属北区，故由附录2-5表6查得北区有内遮阳的窗玻璃冷负荷系数逐时值CLQ.以上数据已全，可用公式计算逐时进入玻璃窗日射得热引起的冷负荷，并计入表2-9中。计算式为：,表2-9 南窗透入日射得热引起的冷负荷,（5）人员散热引起冷负荷手表装配属极轻度劳动，查表2-4，当室温27时，每人散发的显热和潜热量为57W和77W，由于在室内工作的有男子和女子，参见表2-3取群集系

18、数n=0.96.根据室内工作人员由上午8时至下午6时共停留10个小时（中午的两小时午休也计算在内，有一部分人会呆在车间）,由附录2-6表4查得人体显热散热冷负荷系数逐时值，按式（2-5）计算人体显热散热逐时冷负荷并列于表2-10中。计算式为：人体潜热散热引起的冷负荷LQL为潜热散热量乘以群集系数。,表2-10 人员散热引起的冷负荷,最后将前五项逐时冷负荷值汇总并相加，列于表2-11中。,表2-11,由表2-11可以看出，最大冷负荷值出现在13:00时，其值为3250W，此值即为该手表装配车间夏季空调设计冷负荷。,各项冷负荷中，以窗的日射得热冷负荷最大，因此，朝阳的空调房间应尽量采用外遮阳设施，

19、以降低房间冷负荷。,四、空调动态负荷、间歇运行负荷概述（一）空调动态负荷所谓空调动态负荷计算，就是针对逐时变化的室外气象条件和室内工作要求的空气湿度条件，根据围护结构特性计算出全年8760小时逐时的空调负荷值。当然，最大负荷值也就包含在其中了。（二）间歇运行的负荷空调系统连续运行时，全天的供冷量应为该天各时刻冷负荷之和。而空调系统间歇运行时，全天供冷量则应为预冷期与使用期各时刻房间除热量的总和。,负荷,预冷负荷,除热量,蓄热负荷,冷负荷,0,6,12,18,24,室温,时间,间歇期,间歇期,使用期,预冷期,夏季间歇运行的空调系统负荷和室温的变化,第四节 空调房间送风状态及送风量的确定,送风,i

20、O，dO,iN,dN,排风,Q,W,tN(）,N（%）,空调房间送风,根据总热平衡：,或根据湿平衡：,由于送风量同时吸收室内余热余湿，由上两式：,左式代表了空气从状态O吸收余热、余湿后变到状态N的角系数。由上可得，送风状态在余热Q，余湿W作用下，在i-d图上,是沿着过N点 的过程线变化到室内状态N的。,二、夏季送风量和送风状态的确定已知余热Q，余湿W，室内状态为N（iN,dN),在i-d图（下图）过N点作 的角系数线。只要再知道iO,dO,tO之一就可以在线上确定送风状态点O。送风状态点确定后，送风量可由下式求得：或,=100%,N,t0,t0max,O,O,d0,dN,i0,室内送风状态变化

21、过程,iN,在选定送风温差之后，可按以下步骤确定送风状态和送风量。（1）在i-d图上找出室内空气状态点N；（2）根据算出的余热Q和余湿W求出热湿比，并过N点画出过程线；(3)根据选定的送风温差t0，求出送风温度t0，过t0的等温线和过程线的交点O即为送风状态点；（4）计算送风量。,P60 例2-4,某空调房间总余热量Q=3314W，总余湿量W=0.264g/s,要求室内全年保持空气状态为：tN=221，N=555%,当地大气压力为101325Pa,求送风状态和送风量。（1）求热湿比,（2）在i-d图上（下图）确定室内状态点N，通过该点画出=12600的过程线。取送风温度t0=8，则送风温度t0

22、=22-8=14。得送风状态点O。,在i-d图上查得：iO=35.6kj/kg iN=45.7kj/kgdO=8.5g/kg dO=9.3g/kg,(3)计算送风量按消除余热：,按消除余湿：,按消除余热和余湿所得送风量相同，说明计算无误。,N,tN=22,tO=14,=12600,O,L,iN=45.7kj/kg,iO=35.6kj/kg,dO=8.5kg/kg,dN=9.3kg/kg,例2-4示图,P62 例2-5,仍按上题基本条件，如冬季余热量Q=-1.105KW，余湿量W=0.264g/s,试确定冬季送风状态及送风量。,解：（1）求冬季热湿比：,（2）全年送风量不变，计算送风参数,由于冬

23、夏室内散湿量相同，所以冬季送风含湿量应与夏季相同。即,dO=dO=8.5g/kg,在i-d图上过N点作=-4190的过程线（见下图）,该线与dO=8.5g/kg的等含湿量线的交点O即为冬季送风状态点。,查i-d图表得:iO=49kj/kg tO=27.1,若冬季希望减少送风量，则需要提高送风温度例如令送风温度tO=36的等温线与=-4190过程线的交点O即为新的送风状态点。,送风量为:,36,27.1,22,N,O,O,L,dN=9.3kg/kg,dO=8.5kg/kg,dO=7.3kg/kg,=-4190,iN=45.7kj/kg,iO=54.9kj/kg,iO=49kj/kg,例2-5示图

24、,思考题,1.舒适性空调室内空气计算参数的确定需要综合考虑哪些因素？为什么?取值依据是什么？2.工艺性空调室内空气计算参数主要是由什么决定？从何处查取或由谁提供？3.空调基数和空调精度分别表示什么意思？1和0.1哪个空调精度高？为什么？4.围护结构为什么对由室外经其传入室内的热量有衰减和延迟作用？5.夏季房间得热量和冷负荷一般包括哪两方面的热量和分为哪五项主要得热因素？,6.空调房间的得热量和冷负荷在什么情况下不相等？为什么？7.空调系统冷负荷由哪几部分组成？8.空调房间的送风量可用哪几个公式计算得出？需要满足什么要求？9.送风状态点在i-d图上由哪两条线决定？送风温差如何取值？,Thank you,