3 建筑热湿环境
建筑环境学复习重点
第二章建筑外环境1.建筑环境学的课程内容：由建筑外环境、建筑热湿环境、人体对热湿环境的反应、室内空气品质、气流环境、声环境、光环境七个主要部分组成2.时差：真太阳时与当地平均太阳时的差值3.真太阳时：太阳在当地正南时为12点，地球自转一周又回到正南时为一天4.太阳时角：将真太阳时用角度表示，称太阳时角。
指当时太阳入射的日地中心连线在地球赤道平面上的投影与当地真太阳时12点时，日地中心连线在赤道平面上的投影之间的夹角。
5.太阳方位角：太阳至地面上某给定点连线在地面上的投影在当地子午线（南向）的夹角。
太阳高度角：太阳光线与水平面间的夹角。
6.太阳常数：在地球大气层外，太阳与地球的年平均距离处，与太阳光线垂直的表面上的太阳辐射强度为i0= 1353W/m²。
7.大气压力定义：物体表面单位面积所受的大气分子的压力称为大气压强或气压。
气压随高度按指数降低。
海平面大气压力称作标准大气压8.气象站所记录的风速为当地10m高处的风速。
9.风玫瑰图：包括风向频率分布图、风速频率分布图①直观地反映出一个地方的风向和风速②除圆心以外每个圆环间隔代表频率为5%类型：季节变化、主导风向、双主导风向、无主导风向、准静止风10.霜洞：在某个范围内，温度变化出现局地导致现象，其极端形式称为...11.降水：从大地蒸发出来的水进入大气层，经过凝结之后又降到地面上的液态或固态水分。
降水性质：①降水量：指降落到地面的雨、雪、冰雹等融化后，未经蒸发或渗透流失而积累在水平面上的水层厚度，以mm为单位；②降水时间③降水强度：指单位时间内的降水量。
降水强度的低等级以24小时的总量来划分。
小雨<10，中雨10-25，大雨25-50，暴雨50-100。
12.城市气候特点：①.城市风场与远郊不同。
除风向改变以外，平均风速低于远郊的来流风速；②.气温较高，形成热岛现象；③.城市中的云量，特别是低云量比郊区多，大气透明度低，太阳总辐射照度也比郊区弱。
09级：《建筑环境学》(第三版)教学大纲与复习要点
《建筑环境学》课程教学大纲一、课程的基本情况课程中文名称：建筑环境学课程英文名称：Built Environment课程代码：0811010课程类别：专业基础课课程性质：必修课总学时：36 讲课学时：34 实验学时： 2 课程学分：2分授课对象：建筑环境与设备工程专业的本科生前导课程：工程热力学，流体力学，传热学二、教学目的本课程是建筑环境与设备工程专业的一门主干专业基础课。
课程目的在于使学生了解和掌握：人和生产过程需要的室内物理环境；各种外部和内部的因素如何影响建筑环境；改变或控制建筑环境的基本方法及原理。
同时通过本课程的学习，为今后学习各门专业课程以及研究生课程打下理论基础。
另外，由于这是一门非常前沿的课程，因此在课程中除了采用了国内外公认的成熟的定论以外，还大量介绍了国内外最新的有关研究成果。
通过本课程的学习，使学生正确掌握有关建筑物理环境的基本概念，掌握构建、分析、评价建筑环境的基本理论与方法，了解建筑环境学科研究的最新发展动态。
三、教学基本要求第一章绪论基本要求：1.了解建筑环境学在人类生产、生活以及可持续发展中的地位和作用。
2.了解建筑环境学的主要研究内容及研究方法。
重点与难点：本章重点是了解建筑环境学的主要研究内容及研究方法。
本章无难点。
复习要点：1建筑环境学的概念，面临的两个急待解决的问题。
2建筑环境学研究的主要内容。
第二章建筑外环境基本要求：1.了解太阳与地球运动的基本规律。
熟悉室外气候的基本特性。
2.掌握太阳辐射的规律（包括太阳常数与太阳辐射的电磁波谱、大气层对太阳辐射的吸收、臭氧层与太阳辐射的关系影响、日照的作用与效果）。
3.了解室外气候（温湿度的年和日变动，风、雨、雪等）。
4.了解城市微气候的特点。
5.掌握我国气候分区的方法与各气候区的特点。
重点与难点：本章重点是太阳辐射的规律与我国气候分区。
本章无难点。
复习要点：1太阳辐射：大气层对太阳辐射的吸收，日照的作用。
2室外气候：1)室外气温的定义，变化规律，有效天空温度。
第三章 建筑热湿环境
第三章建筑热湿环境1、得热量某时刻在内外扰作用下进入房间的总热量。
得热量包括：显热（对流换热和辐射换热）和潜热，它有正负之分，主要来源是：室内外温差传热、太阳辐射进入热量、室内照明、人员、设备散热等。
2、冷负荷维持室内空气热湿参数为恒定值时，在单位时间内需要的从室内除去的热量。
分为显热负荷和潜热负荷。
3、热负荷维持室内空气热湿参数为恒定值时，在单位时间内需要的从室内加入的热量。
分为显热负荷和潜热负荷。
4、空气渗透由于室内外存在压力差，从而导致室外空气通过门窗缝隙和外围护结构上的其他小孔或洞口进入室内的现象，也就是所谓的非人为组织（无组织）的通风。
原因是由于建筑存在各种门、窗和其他类型的开口，室外空气有可能进入房间，从而给房间空气直接带入热量和湿量，并即刻影响到室内空气的温湿度。
计算负荷时仅考虑渗入空气。
目前常用方法是基于实验和经验基础上的估算方法，即：缝隙法和换气次数法1、简述得热量和冷负荷之间的关系。
任一时刻房间瞬时得热量的总和未必等于同一时间的瞬时冷负荷。
得热量转换为冷负荷一般要经过幅值上衰减、时间上延迟。
2、谐波反应法和冷负荷系数法的特点、共性、区别答：（1）两种方法的特点为：①使用谐波反应法求解冷负荷a 边界条件按傅里叶级数展开b 求对单元扰量的响应（a）把室内空气温度固定（b）给出常规室内热源的对流和辐射热的比例（c）各内表面的辐射热量的分配比例（d）给出常规建筑对常规扰量的各阶衰减倍数和延迟时间c 把对单元扰量的响应进行叠加求和②使用冷负荷系数法求解a 边界条件按等时间间隔离散b求对单元扰量的响应（a）把室内空气温度固定（b）把外扰通过围护结构形成的瞬时冷负荷表述为瞬时冷负荷温差（c）不计算房间蓄热特性的影响c 把对单元扰量的响应进行叠加求和（2）两种方法的共性为：二者没有实质的区别，只是处理手法的不同而已①针对相同类型的围护结构，两者计算结果基本相同②在一定程度上反应了得热和冷负荷之间的区别③把室内空气温度作为常数④对长波辐射做了简化处理⑤忽略了透过玻璃窗的日射在围护结构内表面之间的光斑的影响⑥对辐射造成的影响做了过多的简化⑦如果被研究的房间与这些假定差的比较远，所求得的冷负荷就有较大误差（3）两种方法的区别是：①边界条件的离散方法不同②是否考虑了房间内蓄热的影响③外窗日射冷负荷的计算（4）两种方法的计算精度差不多，但经多名专家计算结果表明：谐波反应法的精度一般较高。
建筑环境学第3章热湿环境
《流体网络原理》 参考文献：朱颖心， 水力网络流动不稳定过程
的算法，《清华大学学报》, 1989年, 第5期
工程应用：缝隙法、换气次数法
47
网络平衡法原理
节点平衡：AG＝0 回路压力平衡：B P＝0
31
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
U即传热系数Kglass 气体夹层和玻璃本
身均有热容，但较墙 体小。
32
通过玻璃窗的得热
透过单位面积玻璃的太阳辐射得热：
HG I I glass,
Di glass ,Di dif glass ,dif
玻璃吸收太阳辐射造成的房间得热：
窗的有效面积系数
HG solar ( SSG Di X s SSG dif )C sCn X glass Fwindow
玻璃的遮挡系数 遮阳设施的遮阳系数
34
玻璃窗的种类与热工性能
无色玻璃表面覆盖无色 low-源自 涂层，可使这种窗的遮档系数 Cs 低于0.3
35
通过玻璃窗的长波辐射???
夜间除了通过玻璃 窗的传热以外，还 有由于天空夜间辐 射导致的散热量
白天有天空辐射吗？
20
第二节 建筑围护结构的热湿传递
外表面对流换热
外表面日射通 过墙体导热
通过围护 结构的显 热得热
通过非透明围护结 构的热传导
两种方式机理不同
通过玻璃窗的 得热
21
一、通过非透明围护结构的热传导
由于热惯性存在，通过围 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。衰减和滞后的程度取 决于围护结构的蓄热能力。
3绿色建筑调节热湿环境的节能技术
《室内环境质量》
《室内环境质量》
▪ (2) 太阳能系统在绿色建筑中的使用 ▪ 太阳能系统在绿色建筑中分为被动式和主动式太阳能系统两种，被动式太阳能
通过建筑围护结构设计以自然方式收集和传递太阳辐射热，主动式太阳能系统 则需要通过在建筑上加装的太阳能采集及转换设备来利用太阳能资源#建筑对 太阳能的利用主要包括两大方面：
绿色建筑与节能技术
《室内环境质量》
6.1 室内环境质量基本知识 6.2 绿色建筑空气环境保障技术 6.3 绿色建筑声环境保障技术 6.4 绿色建筑光环境保障技术 6.5 绿色建筑湿热环境保障技术 6.6 室内环境质量评价标准
2
《室内环境质量》
6.5绿色建筑湿热环境保障技术
1 建筑热湿环境基本概念 2 建筑热湿环境调节技术 3 绿色建筑调节热湿环境的节能技术
▪ 1)利用太阳能集热系统，例如提供生活热水、取暖(或制冷) 等，其中又以热水
供应系统的应用最为广泛。
▪ 2)太阳能光电系统，即将太阳辐射中的能量直接转化为电能，为建筑的设备系
统提供清洁的能源。
▪ (3) 采暖空调系统节能措施 ▪ 1) 室内排风余热回收 ▪ 2) 使用地源热泵作为空调系统
冷热源
▪ 3) 实行采暖分户热计量
3
《室内环境质量》
绿色建筑调节热湿环境的节能技术
4Hale Waihona Puke 《室内环境质量》3.绿色建筑调节热湿环境的节能措施
▪ (1) 围护结构节能措施 ▪ 围护结构的耗热量要占建筑采暖热耗的 1/3 以上，通过改善建筑物围护结构的
热工性能，在夏季可减少室外热量传入室内，在冬季可减少室内热量的流失， 使建筑热环境得以改善，从而减少建筑冷“热消耗”。
《建筑环境学》习题部分参考答案【精选文档】
《建筑环境学》习题部分参考解答第二章 建筑外环境1. 为什么我国北方住宅严格遵守坐北朝南的原则，而南方并不严格遵守？答:太阳光在垂直面上的直射强度为θβcos cos ,⋅⋅=N z c I I ，对于地理位置的地区βcos ⋅N I 是不能人为改变的。
所以要使I c ，z 取最佳值，只有使θ尽可能小.在冬季，太阳是从东南方向升起，从西南方向落下,而坐北朝南的布局就保证了在冬季能最大限度的接收太阳辐射。
北方气候寒冷、冬夏太阳高度角差别大，坐北朝南的布局可以使建筑物冬季获得尽可能多的太阳辐射，夏季获得的太阳辐射较小。
但在南方尤其是北回归线以南,冬夏太阳高度角差不多,所以建筑物是否坐北朝南影响不太大.2. 是空气温度改变导致地面温度改变，还是地面温度改变导致空气温度改变？答:大气中的气体分子在吸收和放射辐射能时具有选择性，它对太阳辐射几乎是透明体，直接接受太阳辐射的增温是非常微弱。
主要靠吸收地面的长波辐射而升温。
而地面温度的变化取决于太阳辐射和对大气的长波辐射。
因此,地面与空气的热量交换是气温升降的直接原因，地面温度决定了空气温度。
3。
晴朗的夏夜，气温25℃，有效天空温度能达到多少？ 如果没有大气层，有效天空温度应该是多少？答：有效天空温度的计算公式为:4144])70.030.0)(026.032.0(9.0[o d d sky T S e T T +--= 查空气水蒸气表，可知:t =25℃时，e d =31.67mbar查表2-2，T d =32。
2+273。
15=305.35 K,另外，T 0=25+273.15=298.15 K ∴ 计算得：T sky ＝100×（74.2－9。
4S ）1/4如果没有大气层，可以认为S ＝1,则计算求得：T sky ＝283.7 K4。
为什么晴朗天气的凌晨树叶表面容易结露或结霜?答：由于晴朗夜空的天空有效温度低,树叶表面与天空进行长波辐射，使得叶片表面温度低于空气的露点温度，所以出现结露或结霜现象。
土木建筑工程：建筑热湿环境(题库版)
土木建筑工程：建筑热湿环境（题库版）1、问答题何为得热量，冷负荷、热负荷和湿负荷，得热量与冷负荷之间的关系如何？正确答案：房间得热量：是指某时刻进入房间的总热量，冷负荷：是为了维持一定的室内热湿环境所需要的在单位时间（江南博哥）内从室内除去的热量（包括显热量和潜热量）。
热负荷是为了维持一定室内热湿环境所需要的在单位时间内向室内加入的热量。
湿负荷：是指维持一定的室内湿环境需要的在单位时间内排除的水分。
得热量与冷负荷之间的关系：得热量的对流部分进入室内立刻成为瞬时冷负荷，而得热量的辐射部分首先会传到室内各表面，提高这些表面的温度，当这些表面的温度高于空气温度时，再以对流方式传给室内空气，成为空气冷负荷，因此在多数情况下，冷负荷并不等于得热量，只有在室内各表面温差很小，热源只有对流散热时，冷负荷=得热量。
冷负荷与得热量之间存在着相位差和幅度差，其差值取决于房间结构，围护结构的热工特性和热源特性2、填空题得热量与外扰之间存在（）的关系正确答案：衰减与延迟3、问答题围护结构内表面上的长波辐射对负荷有何影响？正确答案：围护结构内表面会将热量以长波辐射的形式传给室内其它表面，提高其它表面的温度。
当这些表面的温度高于室内空气温度时，就会有热量以对流的形式进入到空气中，而形成瞬时冷负荷。
如果没有长波辐射，则得热=负荷。
4、问答题何为谐波反应法、冷负荷系数法，它们之间有何联系。
正确答案：用谐波反应法计算传递的热量，是建立在不稳定传热基础上，即室外扰量（综合温度tz）大体上呈周期性变化作用于围护结构，使围护结构从外层表面逐层的跟着波动，且这种波动是由外向内逐渐衰减和延迟，这种简谐运动的周期函数可用正弦（或余弦）函数项的级数表达，将其变换为付立叶展开式，即将随时时变化的扰量函数分解为简单的多阶正弦函数的组合，再将其n 阶谐波作用下的响应直接叠加，即可求得已知室温和外扰随时间变化条件下的传热量。
冷负荷系数法（反应系数法）求解问题的基本思路是：将时间连续变化的扰量曲线离散为按时间序列分布的单元扰量，再求解出板壁围护结构热力系统对单位单元扰量的反应（即反应系数），最后，利用求得反应系数通过叠加积分计算出围护结构的逐时传热得热量。
2021年清华大学建筑环境学03第3章热湿环境-1
工程应用：缝隙法、换气次数法
12
网络平衡法原理
节点平衡：AG＝0 回路压力平衡：B P＝0
各支路和节点均编号。
网络关联矩阵A元素 aij： 由 i 点到 j点为1，反之为 -1，无
关为0。
基本回路矩阵B元素 bij： 由 j支路与 i 回路同向为1，反之
为 -1，无关为0。
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。
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。
22
太阳辐射在透光围护结构中的传递
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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19
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
20
3.1 通过非透光围护结 构的传热过程
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？
18
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 ]
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。
14
太阳辐射在透光围护结构中的传递
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？
15
室外空气综合温度Solar-air
Temperature
大气长 波辐射
太阳直 射辐射
利用室外空气综合温度简化外边界条件：
第三章 建筑热湿环境
1
内容提要
基本概念与术语 太阳辐射对建筑物的热作用 围护结构的热工特性与通过围护结构的得热
通过非透光围护结构的传热过程 通过透光围护结构的传热过程
其他得热来源 冷负荷与热负荷
基本原理，与得热之间的关系 负荷的计算方法
2
1. 基本概念与术语
3
建筑热湿环境是如何形成的?
室外
室内
out [ta,out ( ) t(0, )] Qsol
Qlw,out
(x) t x
|x0
in[t( , )
ta,in ( )]
m
xij
ij
[Ti4
(
)
T
4 j
(
)]
Qshw
j 1
(x) t x
| x
初始条件：
t (x,0 ) = f (x)
内表面长波辐射
23
通过非透光围护结构的热传导
对太阳辐射有高透和低透 不同性能。
低透low-e玻璃
10
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
11
太阳辐射在透光围护结构中的传递
吸收
反射
透射
吸收率＋反射率＋透射率＝1
12
太阳辐射在透光围护结构中的传递
玻璃的吸收百分比a0 :
1
A r
(1-r )(1-a o )2 r
迟的关系。
6
2.太阳辐射对建筑物 的结 热构
外 表 面 所 吸
不同的表面对辐射的波长有选择性，黑色表 面对各种波长的辐射几乎都是全部吸收，而 白色表面可以反射几乎90％的可见光。
围护结构的表面越粗糙、颜色越深，吸收率 就越高，反射率越低。
反射
吸收
8
太阳辐射在透光围护结构中的传递
波辐射：
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：
tz
tair
aI
out
17
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综合
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 )
(1-r )(1-a o ) r a o
(1-r )(1-a o )2 r 2a o (1-r )(1-a o )2 r 2 (1-r )(1-a o )3 r 3a o
对流换热 (对流质交换)
围护结构传热传湿
室内产热产湿
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
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
9
太阳辐射在透光围护结构中的传递
Low-e玻璃：性能特殊
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。
21
通过非透光围护结构的热传导
由于热惯性存在，通过围 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。衰减和滞后的程度取 决于围护结构的蓄热能力
22
通过非透光围护结构的热传导
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：
太空散 射辐射
对流 换热
环境长波辐射
壁体得热
地面长 波辐射 地面反射辐射
16
室外空气综合温度
Solar-air Temperature
60℃！
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
(1-r )(1-a o )3r 3
B
(1-r ) 2(1-a o )
(1-r )(1-a o ) r
(1-r )(1-a o )3r 2
D
(1-r )2(1-a o )3r 2
(1-r )2(1-a o )4 r 3
(1-a o )4(1-r ) r 4
13
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。