第三章 建筑熱濕環(huán)境2

Chapter3建筑熱濕環(huán)境內(nèi)容提要1、基本概念與術(shù)語(yǔ)2、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工特性與通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)3.2.1通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程3.2.2通過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程3、得熱的來(lái)源4、冷負(fù)荷與熱負(fù)荷3.4.1基本原理，與得熱之間的關(guān)系3.4.2負(fù)荷的計(jì)算方法3.1基本概念與術(shù)語(yǔ)

(1)建筑熱濕環(huán)境是如何形成的?1）是建筑環(huán)境中最重要的內(nèi)容；2）主要成因是外擾和內(nèi)擾的影響和建筑本身的熱工性能；3）外擾：室外氣候參數(shù)，鄰室的空氣溫濕度；4）內(nèi)擾：室內(nèi)設(shè)備、照明、人員等室內(nèi)熱濕源。

3.1基本概念與術(shù)語(yǔ)

無(wú)論是通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱傳濕還是室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕，其作用形式包括對(duì)流換熱（對(duì)流質(zhì)交換）、導(dǎo)熱（水蒸汽滲透）和輻射三種形式。對(duì)流換熱(對(duì)流質(zhì)交換)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱傳濕室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕輻射導(dǎo)熱(水蒸汽滲透)(2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱作用過(guò)程3.1基本概念與術(shù)語(yǔ)

某時(shí)刻在內(nèi)外擾作用下進(jìn)入房間的總熱量叫做該時(shí)刻的得熱。如果得熱<0，意味著房間失去熱量。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱過(guò)程特點(diǎn)：由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱慣性的存在，通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱量與外擾之間存在著衰減和延遲的關(guān)系。得熱潛熱顯熱輻射得熱對(duì)流得熱(3)得熱(HeatGain–HG）3.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工特性與通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

3.2.1通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程

3.2.2通過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程

非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面所吸收的太陽(yáng)輻射熱1）不同的表面對(duì)輻射的波長(zhǎng)有選擇性，黑色表面對(duì)各種波長(zhǎng)的輻射幾乎都是全部吸收，而白色表面可以反射幾乎90％的可見(jiàn)光；2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面越粗糙、顏色越深，吸收率就越高，反射率越低。反射吸收太陽(yáng)輻射在透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的傳遞吸收率＋反射率＋透射率＝1反射吸收透射太陽(yáng)輻射在透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的傳遞1）玻璃對(duì)輻射的選擇性——普通玻璃的光譜透射率2）將具有低發(fā)射率、高紅外反射率的金屬（鋁、銅、銀、錫等），使用真空沉積技術(shù)，在玻璃表面沉積一層極薄的金屬涂層，這樣就制成了Low-e(Low-emissivity)玻璃。對(duì)太陽(yáng)輻射有高透和低透不同性能。太陽(yáng)輻射在透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的傳遞低透low-e玻璃透射率反射率low-e玻璃的透光選擇性

一層low-e玻璃＋一層普通玻璃太陽(yáng)輻射在透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的傳遞3）玻璃的吸收百分比a0:太陽(yáng)輻射在透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的傳遞太陽(yáng)輻射在透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的傳遞陽(yáng)光照射到單層半透明薄層時(shí)，半透明薄層對(duì)于太陽(yáng)輻射的總反射率、吸收率和透射率是陽(yáng)光在半透明薄層內(nèi)進(jìn)行反射、吸收和透過(guò)的無(wú)窮次反復(fù)之后的無(wú)窮多項(xiàng)之和。陽(yáng)光照射到雙層半透明薄層時(shí)，還要考慮兩層半透明薄層之間的無(wú)窮次反射，以及再對(duì)反射輻射的透過(guò)。假定兩層材料的吸收百分比和反射百分比完全相同，兩層的吸收率相同嗎？太陽(yáng)輻射在透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的傳遞室外空氣綜合溫度Solar-airTemperature太陽(yáng)直射輻射大氣長(zhǎng)波輻射太空散射輻射對(duì)流換熱地面反射輻射環(huán)境長(zhǎng)波輻射地面長(zhǎng)波輻射壁體得熱2）如果考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與天空和周?chē)矬w之間的長(zhǎng)波輻射： 3）如果忽略圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與天空和周?chē)矬w之間的長(zhǎng)波輻射： 室外空氣綜合溫度Solar-airTemperature60℃！35℃！1）考慮了太陽(yáng)輻射的作用對(duì)表面換熱量的增強(qiáng)，相當(dāng)于在室外氣溫上增加了一個(gè)太陽(yáng)輻射的等效溫度值。是為了計(jì)算方便推出的一個(gè)當(dāng)量的室外溫度。室外空氣綜合溫度Solar-airTemperature1）人們常說(shuō)的太陽(yáng)下的“體感溫度”是什么？2）室外空氣綜合溫度與什么因素有關(guān)？3）高反射率鏡面外墻和紅磚外墻的室外空氣綜合溫度是否相同？4）請(qǐng)?jiān)囁阋幌率⑾奶?yáng)下的室外空氣綜合溫度比空氣溫度高多少？思考：天空輻射(夜間輻射，有效輻射）思考題白天有天空輻射嗎？試算一個(gè)夜間的室外空氣綜合溫度是多少？圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與環(huán)境的長(zhǎng)波輻射換熱QL包括大氣長(zhǎng)波輻射以及來(lái)自地面和周?chē)ㄖ推渌矬w外表面的長(zhǎng)波輻射。如果僅考慮對(duì)天空的大氣長(zhǎng)波輻射和對(duì)地面的長(zhǎng)波輻射，則有：通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱通過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱外表面對(duì)流換熱外表面日射通過(guò)墻體的導(dǎo)熱兩種得熱方式機(jī)理不同通過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的日射得熱通過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)3.2.1通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程

由于熱慣性存在，通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量和溫度的波動(dòng)幅度與外擾波動(dòng)幅度之間存在衰減和延遲的關(guān)系。衰減和滯后的程度取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱能力。通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)1）非均質(zhì)板壁的一維不穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程：2）邊界條件：3）初始條件：

t(x,0)=f(x)通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)內(nèi)表面長(zhǎng)波輻射x=0x=4）利用室外空氣綜合溫度簡(jiǎn)化外邊界條件：5）實(shí)際通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量為：

通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

這部分熱量將以對(duì)流換熱和長(zhǎng)波輻射的形式向室內(nèi)傳播。只有對(duì)流換熱部分直接進(jìn)入了空氣。x=0x=Qwall,cond通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)板壁各層溫度隨室外溫度的變化通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱VS1）前者是考慮在內(nèi)外擾動(dòng)以及整個(gè)房間所有圍護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用下通過(guò)一堵墻體的實(shí)際傳熱量；2）后者是把一堵墻體割裂開(kāi)來(lái)，僅考慮在內(nèi)外擾動(dòng)作用下通過(guò)一堵墻體的傳熱量：目的在于把房間每一堵墻體的得熱求出來(lái)，然后進(jìn)行疊加，以求得通過(guò)整個(gè)房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總得熱量。是一些簡(jiǎn)化手工工程算法的需要。1）基本表達(dá)式2）板壁內(nèi)表面溫度t同時(shí)受室內(nèi)氣溫、室內(nèi)輻射熱源和其它表面的溫度影響，從而影響總傳熱量；3）氣象和室內(nèi)氣溫對(duì)板壁傳熱過(guò)程的影響比較確定，容易求得；4）內(nèi)表面輻射對(duì)傳熱過(guò)程的影響較復(fù)雜，涉及角系數(shù)和各表面溫度。（1）通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

基本物理過(guò)程分析通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱Qoutta,in()室內(nèi)其他內(nèi)表面溫度如何影響板壁的傳熱？

盡管內(nèi)表面對(duì)流換熱量增加了，但Qout和Qwall,cond卻是減少的。Q’wall,cond|x=t(x,)ta,out()Qwall,cond|x=如果室內(nèi)輻射特別強(qiáng)烈……Qwall,cond通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱5）結(jié)論即便室外氣象參數(shù)與室內(nèi)空氣溫度是確定的，實(shí)際通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入到室內(nèi)的熱傳導(dǎo)量也是不確定的受其他壁面溫度高低與室內(nèi)輻射熱源方向的影響。6）盡管通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)量不確定，但有時(shí)又需要用“得熱”的概念，那怎么定義通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)得熱呢？通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱VS“通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱”實(shí)際上是一個(gè)假設(shè)的量量級(jí)上與“通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)量”相當(dāng)，但把受其他壁面溫度與室內(nèi)輻射熱源影響部分忽略了，存在數(shù)值上的偏差。?1）為了定義通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱HGwall，采用了以下假定條件：假定除所考察的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面以外，其他各室內(nèi)表面的溫度均與室內(nèi)空氣溫度一致室內(nèi)沒(méi)有任何其他短波輻射熱源發(fā)射的熱量落在所考察的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面上，即Qshw＝0。2）此時(shí)，通過(guò)該圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量就被定義為通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱。主要反映了室外氣象參數(shù)和室內(nèi)氣溫相對(duì)固定的影響，剔除了內(nèi)表面輻射等復(fù)雜因素的影響：HGwall=HGwall,conv＋HGwall,lw通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱（2）通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱：通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱（3）內(nèi)表面輻射導(dǎo)致的傳熱量差值1）將內(nèi)邊界條件線性化，則可利用線性疊加原理將氣象與室內(nèi)氣溫決定的得熱部分與其它部分分離出來(lái)：2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際傳熱量與“得熱”的差值為：3）如果室內(nèi)各表面溫度高于空氣溫度，且有短波輻射，則Qwall是正值，即實(shí)際條件下通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱傳到室內(nèi)的熱量小于上述定義下的通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱量。氣象與室溫決定部分外加輻射造成的增量3.2.2通過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程

通過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱通過(guò)玻璃板壁的傳熱得熱，忽略了玻璃的熱慣性透過(guò)玻璃的日射得熱通過(guò)玻璃窗的得熱

得熱與玻璃窗的種類及其熱工性能有重要的關(guān)系。玻璃窗的種類與熱工性能1）窗框型材有木框、鋁合金框、鋁合金斷熱框、塑鋼框、斷熱塑鋼框等；2）玻璃層數(shù)有單玻、雙玻、三玻等；3）玻璃層間可充空氣、氮、氬、氪等或有真空夾層；4）玻璃類別有普通透明玻璃、有色玻璃、低輻射(Low-e)玻璃等；5）玻璃表面可以有各種輻射阻隔性能的鍍膜，如反射膜、low-e膜、有色遮光膜等，或在兩層玻璃之間的空間中架一層對(duì)近紅外線高反射率的熱鏡膜。住宅建筑我國(guó)住宅建筑最常見(jiàn)的是鋁合金框或塑鋼框配單層或雙層普通透明玻璃，雙層玻璃間為空氣夾層，北方地區(qū)很多建筑裝有兩層單玻窗。發(fā)達(dá)國(guó)家寒冷地區(qū)的住宅則多裝有充惰性氣體的多層玻璃窗。大型公共建筑我國(guó)大型公共建筑多采用有色玻璃或反射鍍膜玻璃。部分新建筑采用low-e玻璃。發(fā)達(dá)國(guó)家大型公共建筑多采用高絕熱性能的low-e玻璃。玻璃窗的種類與熱工性能玻璃窗的種類與熱工性能不同結(jié)構(gòu)的窗有著不同的熱工性能；U即傳熱系數(shù)Kglass；氣體夾層和玻璃本身均有熱容，但較墻體小。遮陽(yáng)方式（1）現(xiàn)有遮陽(yáng)方式內(nèi)遮陽(yáng)：普通窗簾、百頁(yè)窗簾

外遮陽(yáng)：挑檐、可調(diào)控百頁(yè)、遮陽(yáng)蓬

窗玻璃間遮陽(yáng)：夾在雙層玻璃間的百頁(yè)窗簾，百頁(yè)可調(diào)控（2）我國(guó)目前常見(jiàn)遮陽(yáng)方式

內(nèi)遮陽(yáng)：窗簾

外遮陽(yáng)：屋檐、遮雨檐、遮陽(yáng)蓬遮陽(yáng)方式遮陽(yáng)方式外遮陽(yáng)：只有透過(guò)和吸收中的一部分成為得熱內(nèi)遮陽(yáng)：遮陽(yáng)設(shè)施吸收和透過(guò)部分全部為得熱反射對(duì)流透過(guò)對(duì)流透過(guò)反射外遮陽(yáng)和內(nèi)遮陽(yáng)有何區(qū)別?遮陽(yáng)方式窗玻璃間遮陽(yáng)Double-skinFacade遮陽(yáng)方式內(nèi)百頁(yè)無(wú)通風(fēng)有通風(fēng)通過(guò)玻璃窗的長(zhǎng)波輻射---???長(zhǎng)波輻射導(dǎo)熱和自然對(duì)流換熱長(zhǎng)波輻射室內(nèi)表面對(duì)玻璃的長(zhǎng)波輻射對(duì)流換熱夜間除了通過(guò)玻璃窗的傳熱以外，還有由于天空夜間輻射導(dǎo)致的散熱量；采用low-

玻璃可減少夜間輻射散熱；

通過(guò)玻璃窗的溫差傳熱量和天空長(zhǎng)波輻射的傳熱量可通過(guò)各層玻璃的熱平衡求得。通過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的日射得熱——日射透過(guò)＋吸熱Part1:透過(guò)單位面積玻璃的太陽(yáng)輻射得熱

Part2:玻璃吸收太陽(yáng)輻射造成的房間得熱原理：玻璃吸熱后會(huì)向內(nèi)、外兩側(cè)散熱成立的條件：如果內(nèi)外氣溫一樣總得熱：HGwind,sol＝HGglass,+HGglass,a通過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的日射得熱由于玻璃品種繁多，每個(gè)進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算很麻煩；可利用對(duì)標(biāo)準(zhǔn)玻璃的得熱SSGDi和SSGdif

進(jìn)行修正來(lái)獲得簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果：實(shí)際照射面積比玻璃的遮擋系數(shù)遮陽(yáng)設(shè)施的遮陽(yáng)系數(shù)窗的有效面積系數(shù)通過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱上述得熱量與通過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際進(jìn)入室內(nèi)的熱量之間有差別：室內(nèi)外氣溫不一樣，采用標(biāo)準(zhǔn)玻璃的太陽(yáng)得熱量SSG求得的HGwind,sol部分與實(shí)際情況存在偏差玻璃實(shí)際表面溫度變化帶來(lái)偏差通過(guò)透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)總得熱量＝傳熱得熱量＋日射得熱量通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的濕傳遞

——潛熱得熱1）濕傳遞的動(dòng)力是水蒸氣分壓力的差。墻體中水蒸氣的傳遞過(guò)程與墻體中的熱傳遞過(guò)程相類似：w=Kv

(Pout-Pin)

kg/sm22）水蒸汽滲透系數(shù)，kg/(Ns)或

s/m：飽和水蒸汽分壓力溫度實(shí)際水蒸汽分壓力

當(dāng)墻體內(nèi)實(shí)際水蒸汽分壓力高于飽和水蒸汽分壓力時(shí)，就可能出現(xiàn)凝結(jié)或凍結(jié)，影響墻體保溫能力和強(qiáng)度。通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的濕傳遞

——潛熱得熱3.3得熱的來(lái)源

(HeatGain)

得熱的來(lái)源與室內(nèi)狀態(tài)無(wú)關(guān)，只取決于熱源的得熱

室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕，得熱量＝熱源發(fā)熱量室內(nèi)設(shè)備與照明室內(nèi)人員通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的空氣滲透導(dǎo)致的得熱透過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)輻射得熱與熱源和室內(nèi)熱狀態(tài)（空氣溫度、壁面溫度）都有關(guān)的得熱通過(guò)非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)通過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

室內(nèi)顯熱熱源包括照明、電器設(shè)備、人員

顯熱熱源散熱的形式

輻射：進(jìn)入墻體內(nèi)表面、空調(diào)輻射板、透過(guò)玻璃窗到室外、其它室內(nèi)物體表面（家具、人體等）；對(duì)流：直接進(jìn)入空氣。

顯熱熱源輻射散熱的波長(zhǎng)特征

可見(jiàn)光和近紅外線：燈具、高溫?zé)嵩矗姞t等）長(zhǎng)波輻射：人體、常溫設(shè)備

取決于熱源的得熱

——-室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕，得熱量＝發(fā)熱量取決于熱源的得熱

——-室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕，得熱量＝發(fā)熱量

室內(nèi)濕源包括人員、水面、產(chǎn)濕設(shè)備散濕形式：直接進(jìn)入空氣圍護(hù)結(jié)構(gòu)和家具會(huì)有一定的蓄濕功能濕源與空氣進(jìn)行質(zhì)交換同時(shí)一般伴隨顯熱交換有熱源濕表面：水分被加熱蒸發(fā)，向空氣加入了顯熱和潛熱，顯熱交換量取決于水表面積無(wú)熱源濕表面：等焓過(guò)程，室內(nèi)空氣的顯熱轉(zhuǎn)化為潛熱蒸汽源：可僅考慮潛熱交換取決于熱源的得熱

——-人體散熱散濕

請(qǐng)見(jiàn)第四章取決于熱源的得熱

——-空氣滲透帶來(lái)的得熱

夏季：室內(nèi)外溫差小，風(fēng)壓是主要?jiǎng)恿Χ荆菏覂?nèi)外溫差大，熱壓作用往往強(qiáng)于風(fēng)壓，造成底層房間熱負(fù)荷偏大。因此冬季冷風(fēng)滲透往往不可忽略。理論求解方法：網(wǎng)絡(luò)平衡法，數(shù)值求解《流體網(wǎng)絡(luò)原理》課程將介紹

參考文獻(xiàn)：朱穎心，水力網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)不穩(wěn)定過(guò)程的算法，《清華大學(xué)學(xué)報(bào)》,1989年,第5期工程應(yīng)用：縫隙法、換氣次數(shù)法3.4冷負(fù)荷與熱負(fù)荷

Coolingload&Heatingload

負(fù)荷的定義

冷負(fù)荷：維持室內(nèi)空氣熱濕參數(shù)為某恒定值時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)從室內(nèi)除去的熱量，包括顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷兩部分。如果把潛熱負(fù)荷表示為單位時(shí)間內(nèi)排除的水分，則又可稱作濕負(fù)荷。熱負(fù)荷：維持室內(nèi)空氣熱濕參數(shù)為某恒定值時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)向室內(nèi)加入的熱量，包括顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷兩部分。如果只控制室內(nèi)溫度，則熱負(fù)荷就只包括顯熱負(fù)荷。

冷熱負(fù)荷的大小與去除負(fù)荷的方式有關(guān)送風(fēng)方式還是輻射方式？冷輻射板空調(diào)需要去除的熱量除了進(jìn)入到空氣中的得熱量外，還包括部分貯存在熱表面上的得熱量。常規(guī)的送風(fēng)方式空調(diào)需要去除的是進(jìn)入到空氣中的得熱量。負(fù)荷的定義負(fù)荷的大小與去除或補(bǔ)充熱量的方式有關(guān)

潛熱得熱、滲透空氣得熱得熱立刻成為瞬時(shí)冷負(fù)荷

通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱、通過(guò)玻璃窗日射得熱、室內(nèi)顯熱源散熱對(duì)流得熱部分立刻成為瞬時(shí)冷負(fù)荷輻射得熱部分先傳到各內(nèi)表面，再以對(duì)流形式進(jìn)入空氣成為瞬時(shí)冷負(fù)荷，因此負(fù)荷與得熱在時(shí)間上存在延遲。（1）各種得熱進(jìn)入空氣的途徑得熱與冷負(fù)荷的關(guān)系得熱與冷負(fù)荷的關(guān)系（2）得熱與冷負(fù)荷的關(guān)系諧波擾量階躍擾量

冷負(fù)荷與得熱有關(guān)，但不一定相等決定因素空調(diào)形式

送風(fēng)：負(fù)荷＝對(duì)流部分輻射：負(fù)荷＝對(duì)流部分＋輻射部分熱源特性：對(duì)流與輻射的比例是多少？圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能：蓄熱能力如何？如果熱容為0呢？如果內(nèi)表面完全絕熱呢？房間的構(gòu)造（角系數(shù)）

注意：輻射的存在是延遲和衰減的根源！得熱與冷負(fù)荷的關(guān)系得熱與冷負(fù)荷的關(guān)系

冷負(fù)荷的本質(zhì)是通過(guò)某個(gè)設(shè)定溫度下整個(gè)房間的熱平衡算出來(lái)的，綜合了各種因素作用的一個(gè)綜合值；與得熱不同的是，不存在燈光造成的負(fù)荷、人員造成的負(fù)荷……的概念。例如冬天室內(nèi)有可能是熱負(fù)荷也有可能是冷負(fù)荷，而燈光和人員有降低熱負(fù)荷的影響，也可能是導(dǎo)致冬季還有冷負(fù)荷的原因，但只有跟圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱綜合起來(lái)才能得到負(fù)荷；當(dāng)室內(nèi)空氣參數(shù)在改變的過(guò)程中，負(fù)荷還受空氣與家具、內(nèi)壁面熱容的影響。3.4.2得熱與冷負(fù)荷的關(guān)系室內(nèi)表面與空氣的熱平衡關(guān)系示意負(fù)荷的數(shù)學(xué)表達(dá)室內(nèi)空氣的熱平衡關(guān)系(空氣參數(shù)恒定)

排除的對(duì)流熱＝室內(nèi)熱源對(duì)流得熱 ＋壁面對(duì)流換熱＋滲透得熱室內(nèi)熱源對(duì)流得熱室內(nèi)熱源總得熱＝室內(nèi)熱源對(duì)流得熱＋向室內(nèi)表面的長(zhǎng)波輻射＋向室內(nèi)表面的短波輻射負(fù)荷的數(shù)學(xué)表達(dá)壁面對(duì)流得熱通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱量＋本壁面獲得的通過(guò)玻璃窗的日射得熱＝壁面對(duì)流換熱＋本壁面向空調(diào)輻射板的輻射＋本壁面向其他壁面的長(zhǎng)波輻射＋本壁面向熱源的輻射Qwall,cond負(fù)荷的數(shù)學(xué)表達(dá)房間的顯熱冷負(fù)荷房間的各種得熱得熱和冷負(fù)荷的差值房間空氣熱平衡的數(shù)學(xué)表達(dá)式

對(duì)長(zhǎng)波輻射項(xiàng)進(jìn)行了線性化而導(dǎo)出得熱定義與實(shí)際傳熱量的差值二者之和就是從壁面實(shí)際獲得的對(duì)流熱量負(fù)荷的數(shù)學(xué)表達(dá)熱源滲風(fēng)玻璃窗墻體

在室內(nèi)空氣參數(shù)相同的情況下，采用輻射板空調(diào)的負(fù)荷比送風(fēng)空調(diào)負(fù)荷大還是??？以夏季為例外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度降低

——導(dǎo)致室外向室內(nèi)傳熱增加室內(nèi)表面（家具、墻面）溫度降低

——

空調(diào)系統(tǒng)需要帶走的熱量增加結(jié)論輻射板空調(diào)的負(fù)荷偏大如果追求的是舒適性相同，哪一個(gè)負(fù)荷更大？討論：采用輻射板空調(diào)的負(fù)荷負(fù)荷的數(shù)學(xué)表達(dá)

總負(fù)荷室內(nèi)空氣參數(shù)變化時(shí)，采用“除熱量”來(lái)描述需要排除的熱量。顯熱除熱量為：除熱量比冷負(fù)荷少了一個(gè)空氣增溫需要的熱量總負(fù)荷＝熱源總得熱＋窗總得熱＋滲透風(fēng)得熱＋墻體實(shí)際傳熱負(fù)荷的數(shù)學(xué)表達(dá)熱源滲風(fēng)玻璃窗墻體典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹第三類邊界條件：太難求解了！非均勻板壁的不穩(wěn)定傳熱:其中內(nèi)表面長(zhǎng)波輻射：初始條件：典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

目的：使負(fù)荷計(jì)算能夠在工程應(yīng)用中實(shí)施發(fā)展：由不區(qū)分得熱和冷負(fù)荷發(fā)展到考慮二者的區(qū)別1946USA1950sUSSR1967Canada典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

穩(wěn)態(tài)算法不考慮建筑蓄熱，負(fù)荷預(yù)測(cè)值偏大動(dòng)態(tài)算法，積分變換求解微分方程冷負(fù)荷系數(shù)法、諧波反應(yīng)法：夏季設(shè)計(jì)日動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算機(jī)模擬軟件

DOE2、EnergyPlus(美國(guó))、HASP(日本)、ESP(英國(guó))DeST(中國(guó)，清華)常用的負(fù)荷求解法典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

方法采用室內(nèi)外瞬時(shí)溫差或平均溫差，負(fù)荷與以往時(shí)刻的傳熱狀況無(wú)關(guān)：Q＝KFT

特點(diǎn)簡(jiǎn)單，可手工計(jì)算未考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱性能，計(jì)算誤差偏大應(yīng)用條件蓄熱小的輕型簡(jiǎn)易圍護(hù)結(jié)構(gòu)室內(nèi)外溫差平均值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于室內(nèi)外溫度的波動(dòng)值一、穩(wěn)態(tài)算法典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹穩(wěn)態(tài)算法舉例：

北京室外氣溫和室內(nèi)控制溫度比較典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

對(duì)于常系數(shù)的線性偏微分方程，采用積分變換如傅立葉變換或拉普拉斯變換。積分變換的概念是把函數(shù)從一個(gè)域中移到另一個(gè)域中，在這個(gè)新的域中，函數(shù)呈現(xiàn)較簡(jiǎn)單的形式，因此可以求出解析解。然后再對(duì)求得的變換后的方程解進(jìn)行逆變換，獲得最終的解。B域：?jiǎn)栴}容易求解對(duì)函數(shù)進(jìn)行積分變換求解A域：?jiǎn)栴}難以求解對(duì)函數(shù)解進(jìn)行積分逆變換獲得解二、積分變換法原理典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

拉普拉斯變換的應(yīng)用條件時(shí)間變化范圍為半無(wú)窮區(qū)間（0，+）必須是線性定常系統(tǒng)

拉普拉斯變換的特點(diǎn)復(fù)雜函數(shù)變?yōu)楹?jiǎn)單函數(shù)偏微分方程變換為常微分方程常微分方程變換為代數(shù)方程

拉普拉斯變換的解傳遞矩陣或s-傳遞函數(shù)的解的形式為何板壁不穩(wěn)定傳熱適用拉普拉斯變換？典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

傳遞函數(shù)G(s)僅由系統(tǒng)本身的特性決定，而與輸入量、輸出量無(wú)關(guān)，因此建筑的材料和形式一旦確定，就可求得其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)。這樣就可以通過(guò)輸入量和傳遞函數(shù)求得輸出量。傳遞函數(shù)與輸入量、輸出量的關(guān)系

如果輸入原函數(shù)是指數(shù)函數(shù)，則不需變換直接輸入，即可求得解的原函數(shù)積分變換法原理典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

對(duì)于普通材料的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程，在其一般溫度變化的范圍內(nèi)，材料的物性參數(shù)變化不大，可近似看作是常數(shù)，可采用拉普拉斯變換法來(lái)求解。對(duì)于采用材料的物性參數(shù)隨溫度或時(shí)間有顯著變化的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程，就不能采用拉普拉斯變換法來(lái)求解。相變材料，Trombe'sWall(特隆布?jí)?應(yīng)用條件典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

可應(yīng)用疊加原理對(duì)輸入的擾量和輸出的響應(yīng)進(jìn)行分解和疊加。當(dāng)輸入擾量作用的時(shí)間改變時(shí)，輸出響應(yīng)的時(shí)間在產(chǎn)生同向、同量的變化，但輸出響應(yīng)的函數(shù)不會(huì)改變。可把輸入量進(jìn)行分解或離散為簡(jiǎn)單函數(shù)，再利用變換法進(jìn)行求解。求出分解或離散了的單元輸入的響應(yīng)，這些響應(yīng)也應(yīng)該呈簡(jiǎn)單函數(shù)形式。再把這些單元輸入的響應(yīng)進(jìn)行疊加，就可以得出實(shí)際輸入量連續(xù)作用下的系統(tǒng)的響應(yīng)輸出量。線性定常系統(tǒng)的特性典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

輸入邊界條件的處理步驟邊界條件的離散或分解；求對(duì)單元擾量的響應(yīng)；把對(duì)單元擾量的響應(yīng)進(jìn)行疊加和疊加積分求和。

兩種基于積分變換的負(fù)荷計(jì)算法：函數(shù)均采用拉普拉斯變換，邊界條件的處理方法不同

對(duì)邊界條件進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解：諧波反應(yīng)法

對(duì)邊界條件進(jìn)行時(shí)間序列離散：反應(yīng)系數(shù)法輸入邊界條件的處理方法典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹武漢市室外干球溫度的全年變化典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹＝＋＋輸入邊界條件的處理方法：

——傅立葉級(jí)數(shù)分解典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹輸入邊界條件的處理方法：

——時(shí)間序列離散典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

反應(yīng)系數(shù)法(冷負(fù)荷系數(shù)法)：任何連續(xù)曲線均可離散為脈沖波之和。將外擾分解為脈沖，分別求得脈沖外擾的室內(nèi)響應(yīng)，再進(jìn)行疊加室內(nèi)負(fù)荷。對(duì)應(yīng)離散系統(tǒng)，拉普拉斯變換轉(zhuǎn)化為Z變換

諧波反應(yīng)法：任何一連續(xù)可導(dǎo)曲線均可分解為正(余)弦波之和。把外擾分解為余弦波，分別求出每個(gè)正(余)弦波外擾的室內(nèi)響應(yīng)，并進(jìn)行疊加。兩種積分變換法典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹得熱：Q(t)－－輸入干擾負(fù)荷：CLQ(t)－－響應(yīng) 設(shè)備使用1小時(shí)的室內(nèi)負(fù)荷響應(yīng)反應(yīng)系數(shù)法原理圖示(1)典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹反應(yīng)系數(shù)法原理圖示(2)設(shè)備使用2小時(shí)的室內(nèi)負(fù)荷響應(yīng)典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹反應(yīng)系數(shù)法原理圖示(3)設(shè)備使用10小時(shí)的室內(nèi)負(fù)荷響應(yīng)典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

反應(yīng)系數(shù)的大小即反應(yīng)了某一項(xiàng)因素對(duì)某時(shí)刻負(fù)荷大小的影響程度。反應(yīng)系數(shù)為0~1，相當(dāng)于影響為0~100%。

內(nèi)外擾的處理

內(nèi)擾采用冷負(fù)荷系數(shù)

日射冷負(fù)荷采用冷負(fù)荷系數(shù)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱采用冷負(fù)荷溫度反應(yīng)系數(shù)法典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

(a)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱冷負(fù)荷基本計(jì)算式

Qcl()=KF[tcl()–tin]tcl()為冷負(fù)荷溫度逐時(shí)值，與圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型、氣象條件、朝向有關(guān)。

tcl()反映了室外空氣溫度、陽(yáng)光輻射、建筑物蓄熱等因素的綜合影響。tinKFtcl(t)Qcl(t)冷負(fù)荷溫度：一個(gè)當(dāng)量溫度室內(nèi)溫度反應(yīng)系數(shù)法典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹(b)日射冷負(fù)荷

Qcl()=FCsCnD·maxCcl()F為窗面積，D·max是日射得熱因素最大值

Ccl()是冷負(fù)荷系數(shù)，與緯度、朝向有關(guān)。

Cs為玻璃遮擋系數(shù)，Cn為遮陽(yáng)系數(shù)。Qcl(t)D·maxFCsCnCcl()反應(yīng)系數(shù)法典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

(c)內(nèi)擾冷負(fù)荷

Qcl()=HG(0)Ccl(-0) HG(0)為內(nèi)熱源散熱量

Ccl(-0)是冷負(fù)荷系數(shù)

Ccl(-0)與開(kāi)始使用時(shí)間和 連續(xù)使用時(shí)間有關(guān)，與建 筑熱特性有關(guān)。QQcl()Ccl(t-0)反應(yīng)系數(shù)法典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

對(duì)外擾的分解：室外空氣綜合溫度

tz()=tzp+tz()=tzp+

tznsin(n+n) =A0+

Ansin(2n/T+n)

對(duì)外擾的響應(yīng)形式：圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)不同頻率外擾有一定的衰減n=An/Bn與延遲n，響應(yīng)也是傅立葉級(jí)數(shù)形式：

tin,n()=An/nsin(2n/T+n-n)]

通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成的負(fù)荷：疊加tin,n()可得出tin()，通過(guò)tin()和室內(nèi)熱平衡就可求出負(fù)荷。諧波反應(yīng)法典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

玻璃窗冷負(fù)荷

傳熱溫差用外氣溫而不是室外綜合溫度：

Qcl()=KFt()=KF[twp

–tin+

twnsin(n+n)]

內(nèi)擾冷負(fù)荷對(duì)內(nèi)擾響應(yīng)的分解方法類似對(duì)外擾響應(yīng)的分解。諧波反應(yīng)法典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

算法繁瑣，故需要簡(jiǎn)化傳導(dǎo)部分(墻、窗)：Qcl()=KFt-t為負(fù)荷溫差，表中值為室溫26℃時(shí)溫差，可修正。算法同冷負(fù)荷系數(shù)法。日射部分：Qcl()=xgxdCnCsFJ()xg窗有效面積系數(shù)，xd地點(diǎn)修正系數(shù)，J()為負(fù)荷強(qiáng)度。xdJ()相當(dāng)于冷負(fù)荷系數(shù)法的D·maxCcl()，xgF相當(dāng)于冷負(fù)荷系數(shù)法的F。內(nèi)擾部分：Qcl()=HG(0)JX-oJX-o為設(shè)備負(fù)荷強(qiáng)度系數(shù)(-0時(shí)刻)，同冷負(fù)荷系數(shù)法的Ccl()。諧波反應(yīng)法的簡(jiǎn)化算法典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

諧波反應(yīng)法的簡(jiǎn)化算法與冷負(fù)荷系數(shù)法形式一致。為了便于手工計(jì)算，均把內(nèi)外擾通過(guò)一個(gè)板壁形成的冷負(fù)荷分離出來(lái)，作為一個(gè)孤立的過(guò)程處理，不考慮與其它墻面和熱源之間的相互影響。

不能分析變物性的材料如相變材料制成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱過(guò)程。兩種積分變換法總結(jié)典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹

只是在一定程度上反應(yīng)了得熱和冷負(fù)荷之間的區(qū)別，對(duì)輻射的影響作了很多簡(jiǎn)化：對(duì)墻體內(nèi)表面之間的長(zhǎng)波輻射作了簡(jiǎn)化處理，給定比例忽略了透過(guò)玻璃窗日射落在墻內(nèi)表面上的光斑的影響熱源對(duì)流和輻射比例給定，與墻表面角系數(shù)給定把室內(nèi)空氣溫度看作是常數(shù)如果房間與簡(jiǎn)化假定相差較遠(yuǎn)，則結(jié)果的誤差較大，如內(nèi)表面溫度差別大、房間形狀不規(guī)則、室內(nèi)空氣控制溫度隨時(shí)間變化等。兩種積分變換法總結(jié)典型負(fù)荷計(jì)