建筑環(huán)境學(xué)-第六章-輻射得熱和內(nèi)擾_第1頁(yè)
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建筑環(huán)境學(xué)第六章輻射得熱與內(nèi)擾第六章輻射得熱與內(nèi)擾6.1太陽(yáng)輻射的透過(guò)、吸取與反射6.2室外空氣綜合溫度6.3透過(guò)玻璃窗的太陽(yáng)輻射得熱6.4房間內(nèi)部產(chǎn)熱量與產(chǎn)濕量的計(jì)算6.5房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的輻射得熱前言對(duì)于建筑物的熱環(huán)境來(lái)說(shuō),輻射傳熱非常重要。輻射傳熱包括兩個(gè)方面,一是太陽(yáng)輻射干脆傳給建筑物的熱量,二是圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面間的互輻射及內(nèi)擾的輻射熱傳遞。影響建筑物熱環(huán)境的另一個(gè)重要因素是內(nèi)擾。6.1太陽(yáng)輻射的透過(guò)、吸取與反射透過(guò)、吸取與反射所占的比率反射率吸取率透過(guò)率對(duì)不透亮體透過(guò)率=0不透亮物體的吸取率不透亮物體的吸取率并特殊數(shù),其值與物性、溫度及表面狀況(顏色、光滑度等)、射線的波長(zhǎng)和入射角熱輻射:0.76~20m的紅外輻射,大氣長(zhǎng)波輻射及其它各種輻射,吸取率等于同溫度下物體的黑度太陽(yáng)輻射:0.38~0.76m,總能量46%;表面顏色對(duì)可見(jiàn)光有猛烈選擇性,深顏色高于淺顏色從法線方向起先,入射角在相當(dāng)范圍內(nèi)吸取率變更不大半透亮物體的吸取、反射與透過(guò)射線在不同介質(zhì)分界面上的反射百分比(折射指數(shù)分別為n1和n2)射線通過(guò)半透亮薄層的吸取百分比半透亮薄層對(duì)太陽(yáng)輻射的吸取與大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的吸取規(guī)律相同d為厚度;K為消光系數(shù)對(duì)玻璃而言,當(dāng)波長(zhǎng)大于3m時(shí),K值很大,可近似認(rèn)為不透亮;對(duì)太陽(yáng)光的主要波長(zhǎng)范圍,K約為定值半透亮薄層的反射、吸取和透過(guò)問(wèn)題:當(dāng)太陽(yáng)光照射到兩側(cè)均為空氣的半透亮薄層時(shí),反射、吸取和透過(guò)各為多少?光線在半透亮薄層中的傳遞過(guò)程陽(yáng)光從外側(cè)進(jìn)入玻璃時(shí),反射部分為r,進(jìn)入玻璃的為1-r;玻璃吸取部分為a(1-r)到達(dá)玻璃內(nèi)側(cè)的為(1-r)(1-a);從玻璃內(nèi)側(cè)反射回玻璃的為r(1-r)(1-a);進(jìn)入內(nèi)側(cè)空氣的為(1-r)2(1-a);被反射回的輻射經(jīng)玻璃吸取后剩下r(1-r)(1-a)a到達(dá)玻璃外側(cè),反射部分為r2(1-r)(1-a)a,……注:從兩側(cè)反射時(shí)的百分比均為r單層半透亮薄層的吸取、反射和透過(guò)太陽(yáng)光照射到單層半透亮薄層時(shí)的總反射率、吸取率和透過(guò)率(分別為無(wú)窮多項(xiàng)之和)吸取率反射率透過(guò)率雙層半透亮薄層的吸取、反射與透過(guò)利用同樣的方法可以分析雙層和多層半透亮薄層的總透過(guò)率、反射率及各薄層的吸取率。雙層半透亮薄層的透過(guò)率、反射率和每層的吸取率詳見(jiàn)《建筑熱過(guò)程》第24至25頁(yè)6.2室外空氣綜合溫度為什么引入室外綜合溫度?影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面熱平衡的因素有哪些?影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面熱平衡的因素吸取的太陽(yáng)輻射qS吸取的地面反射輻射qR與室外空氣的對(duì)流換熱qca大氣長(zhǎng)波輻射qB吸取的地面熱輻射qg向四周環(huán)境的熱輻射qr0向壁體內(nèi)側(cè)的傳熱量q0各影響因素的計(jì)算回顧(1)吸取的太陽(yáng)輻射直射與散射輻射強(qiáng)度與吸取率的乘積吸取的地面反射吸取率與反射輻射強(qiáng)度的乘積室外對(duì)流換熱對(duì)流換熱系數(shù)各影響因素的計(jì)算回顧(2)吸取的大氣長(zhǎng)波輻射吸取率、長(zhǎng)波輻射強(qiáng)度與角系數(shù)的乘積向四周環(huán)境的熱輻射以圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面溫度進(jìn)行熱輻射吸取的地面熱輻射地面溫度可用四周大氣溫度代替圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面輻射換熱圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與大氣的輻射換熱由于大氣的輻射面積遠(yuǎn)大于壁風(fēng)光 積,系統(tǒng)黑度基本上等于壁體黑度,輻射換熱可用平均溫度表示輻射換熱系數(shù)由于a,b為接近的正數(shù)時(shí),下式成立輻射換熱系數(shù)可簡(jiǎn)化為對(duì)流與輻射總換熱系數(shù)對(duì)流和輻射的總換熱量為因此,通常將對(duì)流和輻射的換熱系數(shù)之和稱為壁表面總換熱系數(shù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與外界的實(shí)際輻射換熱實(shí)際輻射換熱應(yīng)為外表面對(duì)天空的輻射換熱與對(duì)地面的輻射換熱之和:圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與天空和地面組成一封閉系統(tǒng),所以輻射角系數(shù)外表面與天空的黑度等于外表面的黑度外表面與地面的黑度等于外表面與地面黑度的乘積外表面與外界實(shí)際換熱的簡(jiǎn)化將外表面與外界實(shí)際換熱的表達(dá)式綻開(kāi),取地面黑度近似為1,可得到上式表明,實(shí)際換熱除常規(guī)輻射外,還存在一項(xiàng)夜間輻射qe。由于晚上天空當(dāng)量溫度遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度,夜間輻射使得外表面散熱增多。圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面對(duì)壁體內(nèi)側(cè)傳入的熱量與室外綜合溫度依據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的熱平衡方程,外表面?zhèn)魅氲奖隗w內(nèi)側(cè)的熱量為tz稱為室外空氣綜合溫度,表達(dá)式為夜間輻射的影響很多空調(diào)書籍和手冊(cè)在計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)與外界的換熱時(shí)不考慮夜間輻射的影響,這種做法在夏季是偏平安的,因?yàn)橐归g輻射對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)有冷卻效果;而在冬季則使得計(jì)算的采暖負(fù)荷偏小,不夠平安夜間輻射在夏季相當(dāng)于2~3℃的平安度,在冬季相當(dāng)于采暖設(shè)計(jì)溫度提高3~5℃6.3透過(guò)玻璃窗的太陽(yáng)輻射得熱透過(guò)玻璃窗向房間內(nèi)的傳熱分為兩部分導(dǎo)熱方式傳入房間的熱量輻射方式進(jìn)行房間的熱量由于玻璃的熱惰性小,通過(guò)導(dǎo)熱方式進(jìn)入房間的熱量可按穩(wěn)態(tài)傳熱考慮透過(guò)玻璃窗的太陽(yáng)輻射得熱透過(guò)玻璃窗的太陽(yáng)輻射得熱包括兩部分–干脆透過(guò)玻璃窗的太陽(yáng)輻射–玻璃吸取太陽(yáng)輻射后傳入室內(nèi)的熱量透過(guò)單位面積玻璃的太陽(yáng)輻射得熱量直射和散射與各自透過(guò)率的乘積玻璃吸取太陽(yáng)輻射后造成的房間得熱上述方法為太陽(yáng)輻射的通用計(jì)算方法直射和散射與各自吸取率的乘積Ra和Rr分別為玻璃外表面和內(nèi)表面的熱阻標(biāo)準(zhǔn)透光玻璃玻璃種類很多,厚度也不同,為簡(jiǎn)化起見(jiàn),接受一種標(biāo)準(zhǔn)透光材料,取其在無(wú)遮擋條件下的太陽(yáng)得熱量,作為標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)得熱量。其它玻璃則接受修正系數(shù)。我國(guó)接受3mm厚的一般玻璃作為標(biāo)準(zhǔn)透光材料,當(dāng)入射角為0時(shí),透過(guò)率、反射率和吸取率分別為0.8,0.074,0.126標(biāo)準(zhǔn)玻璃太陽(yáng)得熱分為太陽(yáng)直射輻射得熱量和散射輻射得熱量遮陽(yáng)系數(shù)非標(biāo)準(zhǔn)玻璃或接受某種遮陽(yáng)措施后,其太陽(yáng)輻射得熱量與標(biāo)準(zhǔn)玻璃得熱的比值稱為該玻璃的遮陽(yáng)系數(shù),用SC表示。遮陽(yáng)系數(shù)可分為對(duì)流遮陽(yáng)系數(shù)SCC,輻射遮陽(yáng)系數(shù)SCR,全遮陽(yáng)系數(shù)SC。透過(guò)玻璃窗的太陽(yáng)輻射得熱量xf為窗玻璃的有效面積系數(shù)xs為陽(yáng)光實(shí)際照射面積比此方法為太陽(yáng)輻射的簡(jiǎn)化計(jì)算方法6.4房間內(nèi)部產(chǎn)熱量與產(chǎn)濕量的計(jì)算房間內(nèi)部產(chǎn)熱量與產(chǎn)濕量的計(jì)算是建筑熱環(huán)境分析的重要基礎(chǔ),假如計(jì)算不精確或不正確,將嚴(yán)峻影響分析與設(shè)計(jì)的正確性,應(yīng)高度重視。產(chǎn)熱與產(chǎn)濕很困難,還有很多工作須要作,本節(jié)給出集總參數(shù)的簡(jiǎn)化處理方法。如要細(xì)致探討房間熱環(huán)境,必需考慮產(chǎn)熱和產(chǎn)濕的分布特性及輻射的方向性。探討?房間中工作的風(fēng)扇發(fā)熱量如何計(jì)算??機(jī)房中工作的水泵發(fā)熱量如何計(jì)算??房間中工作的計(jì)算機(jī)發(fā)熱量如何計(jì)算?值得進(jìn)一步探討的問(wèn)題?中國(guó)人(或東亞人)的發(fā)熱量如何?–不同的個(gè)體差異:老人、成年人、青少年、兒童–性別差異–按人口的平均水平?各種燈光的發(fā)熱量和輻射方向性如何?–對(duì)流與輻射的比例–輻射的方向性電動(dòng)設(shè)備的散熱電動(dòng)設(shè)備的總散熱分為工藝設(shè)備散熱和電動(dòng)機(jī)散熱兩部分,總散熱為電動(dòng)設(shè)備散熱的兩種變更假如只有電動(dòng)機(jī)在房間內(nèi),則產(chǎn)熱為假如只有工藝設(shè)備在房間內(nèi),則產(chǎn)熱為其它設(shè)備散熱電子設(shè)備和電加熱設(shè)備同電動(dòng)設(shè)備,如計(jì)算機(jī)、電加熱器等加熱表面,按對(duì)流換熱計(jì)算高溫爐口,按輻射四次方定律計(jì)算此部分可參看《建筑熱過(guò)程》100~102頁(yè)設(shè)備散濕?分為液面的散濕和設(shè)備干脆產(chǎn)生濕蒸汽?液面散濕參《建筑熱過(guò)程》102頁(yè)?設(shè)備散濕帶入的潛熱(汽化潛熱與產(chǎn)濕量的乘積)?留意:當(dāng)加熱蒸汽的熱量來(lái)自房間時(shí),總熱量不變,只是顯熱與潛熱的支配發(fā)生變更照明設(shè)備的散熱?人工照明與電熱設(shè)備類似?對(duì)白熾燈?對(duì)日光燈人體散熱與散濕(1)?在環(huán)境溫度為24℃時(shí),不同勞動(dòng)條件下人體的標(biāo)準(zhǔn)顯熱散熱量HGbs,0和總散熱量HGb,參見(jiàn)《建筑熱過(guò)程》104頁(yè)表4-3?同樣勞動(dòng)條件下,人體的總散熱量幾乎不變;?不同溫度條件下的顯熱散熱用下式計(jì)算人體散熱與散濕(2)?單個(gè)人體的潛熱散熱量為?單個(gè)人體的散濕量約為?多人時(shí)的產(chǎn)熱與產(chǎn)濕為:群集系數(shù)nb與相應(yīng)產(chǎn)熱、產(chǎn)濕量的乘積全年或代表日、月的逐時(shí)產(chǎn)熱量和產(chǎn)濕量?全部這些內(nèi)部產(chǎn)熱量和產(chǎn)濕量均可逐時(shí)計(jì)算,從而得到代表日的逐時(shí)產(chǎn)熱量和產(chǎn)濕量;也可得到在代表年或代表月的逐時(shí)產(chǎn)熱量和產(chǎn)濕量,從而為全年或某個(gè)時(shí)間段的熱環(huán)境分析準(zhǔn)備好基礎(chǔ)數(shù)據(jù)6.5房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的輻射得熱?對(duì)于墻體這樣的灰表面,一般接受有效輻射的概念計(jì)算輻射換熱。第i面圍護(hù)結(jié)構(gòu)的有效輻射量Ji,是其表面本身輻射iEbi和反射輻射之和,即:?Ji為i表面的有效輻射量,F(xiàn)i為i表面的面積,Ti為i表面的確定溫度,j,i為表面j對(duì)表面i的輻射角系數(shù),i為i表面的黑度,i為i表面的反射率,Cb為黑體輻射常數(shù),等于5.67W/m2℃;是j表面投射到i表面的能量。壁體間輻射換熱的求解?當(dāng)溫度、物性、結(jié)構(gòu)已知時(shí),各表面的有效輻射量構(gòu)成一線性方程組,可以便利求解。?得到各個(gè)表面的有效輻射量后,i表面與j表面間的輻射換熱量Qi,j為:壁體間輻射換熱的簡(jiǎn)化?假如兩表面間的角系數(shù)較小,而放射率又都較大,表面間的輻射換熱只需計(jì)及一次吸取,即用吸取輻射的差值代替有效輻射的差值,此時(shí)的近似計(jì)算式為:壁體輻射換熱的進(jìn)一步簡(jiǎn)化?輻射換熱可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為:r為兩表面之間的輻射換熱系數(shù),其大小可用下式計(jì)算:可用上一時(shí)刻值計(jì)算,或干脆將輻射換熱系數(shù)當(dāng)作常數(shù)房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面獲得的內(nèi)外擾輻射熱量?輻射換熱特殊困難,為簡(jiǎn)化計(jì)算特作如下假設(shè):–太陽(yáng)散射輻射以及照明、人體和設(shè)備的輻射得熱,勻整分布在房間各圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面上;–各圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面接受的太陽(yáng)直射輻射熱量,勻整地分布在該內(nèi)表面上?該假設(shè)掩蓋的問(wèn)題–未考慮照明、人體和設(shè)備熱輻射的方向性;–未考慮接受太陽(yáng)直射部分與未接受部分的區(qū)分–未考慮太陽(yáng)散射對(duì)各面壁體影響程度的不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面接受的輻射得熱量熱平衡方程回頭看——房間內(nèi)表面熱平衡用文字表示:導(dǎo)熱量+與室內(nèi)空氣的對(duì)流熱量+各表面之間互輻射熱量+干脆承受的輻射熱量=0由于各圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有蓄熱實(shí)力,各種內(nèi)外擾量又在不斷變更,因此,這些圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面熱平衡方程式并非簡(jiǎn)潔的代數(shù)方程,而是一組微分方程。熱平衡方程回頭看——房間空氣的熱平衡用文字表示:與各壁面的對(duì)流換熱量+各種對(duì)流得熱量+空氣滲透得熱量+空調(diào)系統(tǒng)顯熱除熱量=單位時(shí)間

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