建筑热湿环境

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通过非透光围护结构的得热
为了定义通过非透光围护结构的得热HGwall，采用了
以下假定条件
假定除所考察的围护结构内表面以外，其他各室内表面的温 度均与室内空气温度一致
室内没有任何其他短波辐射热源发射的热量落在所考察的围
护结构内表面上，即Qshw＝0。
此时，通过该围护结构传入室内的热量就被定义为通 过非透光围护结构的得热。主要反映了室外气象参数 和室内气温相对固定的影响，剔除了内表面辐射等复
综合温度是否相同？ 请试算一下盛夏太阳下的室外空气综合温
度比空气温度高多少？
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天空辐射
(夜间辐射，有效辐射)
围护结构外表面与环境的长波辐射换热QL包括大气 长波辐射以及来自地面和周围建筑和其他物体外表面 的长波辐射。如果仅考虑对天空的大气长波辐射和对 地面的长波辐射，则有：
QL w[(xsky xg g )Tw4 xskyTs4ky xg gTg4 ]
10
取决于热源的得热：人体散热散湿
请见第四章
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取决于热源的得热 ——空气渗透带来的得热
夏季：室内外温差小，风压是主要动力 冬季：室内外温差大，热压作用往往强于
风压，造成底层房间热负荷偏大。因此冬 季冷风渗透往往不可忽略。 理论求解方法：网络平衡法，数值求解
《流体网络原理》课程将介绍 参考文献：朱颖心， 水力网络流动不稳定过程的算法，
阳光照射到双层半透 明薄层时，还要考虑 两层半透明薄层之间 的无穷次反射，以及 再对反射辐射的透过。
假定两层材料的吸收 百分比和反射百分比 完全相同，两层的吸 收率相同吗？
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室外空气综合温度
Solar-air Temperature
大气长 波辐射
太阳直 射辐射
太空散 射辐射
对流 换热
环境长波辐射
3
建筑热湿环境是如何形成的?
是建筑环境中最重要的内容 主要成因是外扰和内扰的影响和建筑
本身的热工性能 外扰：室外气候参数，邻室的空气温
湿度 内扰：室内设备、照明、人员等室内
热湿源
4
基本概念
围护结构的热作用过程：无论是通过围护结 构的传热传湿还是室内产热产湿，其作用形 式包括对流换热（对流质交换）、导热（水 蒸汽渗透）和辐射三种形式。
6
2. 得热的来源 (Heat Gain)
7
得热的来源
与室内状态无关，只取决于热源的得热
室内产热与产湿，得热量＝热源发热量
室内设备与照明 室内人员
通过围护结构的空气渗透导致的得热 透过透光围护结构的太阳辐射得热
与热源和室内热状态（空气温度、壁面温度） 都有关的得热
通过非透光围护结构的热传导 通过透光围护结构的热传导
上述定义下的通过围护结构的得热量。
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通过非透光围护结构的得热
? 通过非透光围护 VS 通过非透光围护
结构的热传导
结构的得热
“通过非透光围护结构的得热”实际上是 一个假设的量量级上与“通过非透光 围护结构的热传导量”相当，但把受其他 壁面温度与室内辐射热源影响部分忽略了， 存在数值上的偏差。
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壁体得热
地面长
波辐射 地面反射辐射
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室外空气综
合温度
60℃！
Solar-air
Temperature
35℃！
考虑了太阳辐射的作用对表面换热量的增强，相当于
在室外气温上增加了一个太阳辐射的等效温度值。是
为了计算方便推出的一个当量的室外温度。
如果考虑围护结构外表面与天空和周围物体之间的长
波辐射：
2
)
(1
-a
o
3
)
r
2
(1 -r
2
)
(1
-a
o
4
)
r
3
(1 -a
o
4
)
(1
-
r
)
r
4
21
太阳辐射在透光围护结构中的传递
阳光照射到单层半透 明薄层时，半透明薄 层对于太阳辐射的总 反射率、吸收率和透 射率是阳光在半透明 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。
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太阳辐射在透光围护结构中的传递
非均质板壁的一维不稳定导热过程：
t
2t a( x) t
a( x)
x2
x
x
边界条件：
out[ta,out ( )
t(0, )] Qsol
Qlw,out
(x) t x
|x0
in[t(
,
)
ta,in(
)]
m j 1
xij ij[Ti4 (
)
T
4 j
(
)]
Qshw
( x)
t x
| x
围护结构传热 传湿
室内产热产湿
对流换热 (对流质交换)
导热 (水蒸汽渗透)
辐射
5
基本概念
得热(Heat Gain HG)：某时刻在内外扰作用下
进入房间的总热量叫做该时刻的得热。如果得热<0，
意味着房间失去热量。
对流得热
显热
得
热
辐射得热
潜热
围护结构热过程特点：由于围护结构热惯性的存在， 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。
ta,in()
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通过非透光围护结构的热传导
基本物理过程分析
结论
即便室外气象参数与室内空气温度是确定的， 实际通过非透光围护结构进入到室内的热传导量 也是不确定的受其他壁面温度高低与室内辐 射热源方向的影响。
尽管通过围护结构的热传导量不确定，但有 时又需要用“得热”的概念，那怎么定义通 过围护结构的热传导得热呢？
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通过围护结构的显热得热
外表面对流换热
外表面日射通过墙体的导热
通过围护 结构的显
热得热
通过非透光围护结 构的得热
两种得热方式机理不同
通过透光围护结构 的得热
通过透光围护结构的热传导
通过透光围护结构的日射得热
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3. 围护结构的热工特性与通 过围护结构的热传导
3.1 通过非透光围护结构的传热过程 3.2 通过透光围护结构的传热过程
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太阳辐射在透光围护结构中的传递
玻璃对辐射的选择性——普通玻璃的光谱透射率
透射率, ％
可见光
近红外线 长波红外线
0.8
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太阳辐射在透光围护结构中的传递
低透low-e玻璃
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。
Qwall
HGwall ( ) Qwall,cond
(x)
t2 x
| x
外加辐射 造成的增量
m
Qshw int2 ( , ) r, j[t2 ( , ) t j ( ) ta,in( )]
j 1
如果室内各表面温度高于空气温度，且有短波辐射，则Qwall
是正值，即实际条件下通过围护结构导热传到室内的热量小于
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low- e玻璃的透光选择性
一层low-e玻璃 ＋ 一层普通玻璃
反射率 透射率
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太阳辐射在透光围护结构中的传递
玻璃的吸收百分比a0 : a0 1 exp(KL)
1
A r
(1 -r
)(1 -a
o
2
)
r
C
(1 -r
2
)
(1
-a
o
2
)
r
(1 -r
)(1 -a
o
4
)
r
3
E
(1 -r )
(1 -r ) a o (1 -r ) (1 -a o )
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室内产热与产湿（续）
室内湿源包括人员、水面、产湿设备
散湿形式：直接进入空气 围护结构和家具会有一定的蓄湿功能
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
内表面辐射对传热过程的影响较复杂，涉 及角系数和各表面温度
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室内其他内表面温度如何影响板壁
的传热？
如果室内辐射特别强烈……
ta,out()
Qwall,cond
Qout
t (x,)
Q’wall,cond|x=
尽管内表面对流 换热量增加了，但
Qout 和Qwall,cond却
是减少的。
Qwall,cond|x=
tz
tair
aI
out
QL
out
如果忽略围护结构外表面与天空和周围物体之间的
长波辐射：
aI
tz
tair
out
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室外空气综合温度
Solar-air Temperature
人们常说的太阳下的“体感温度”是什么？ 室外空气综合温度与什么因素有关？ 高反射率镜面外墙和红砖外墙的室外空气
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通过围护结构的湿传递
——潜热得热
湿传递的动力是水蒸气分压力的差。墙体中 水蒸气的传递过程与墙体中的热传递过程相
类似：w = Kv (Pout - Pin) kg/sm2
水蒸汽渗透系数，kg/(Ns) 或 s/m：
1
Kv
1
in
i vi
1
a
1
out
40
通过围护结构的湿传递
——潜热得热