第三章 建筑热湿环境 (建筑环境学 清华大学)
建筑热环境学3N
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• 图2－8（b）
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北京市热岛现象
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% 城市或小区的温度受很多因素的影响，欲加深 对各影响因素的认识，需要对这一复杂问题进 行简化计算。 % 简化方法不一样，预测模型的复杂程度就不一 样。基本分为两类：集总参数模型和分布参数 模型 % 集总参数模型简化程度高，容易掌握变化规 律；而分布参数模型简化程度较低，不易掌握 变化规律。
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3.3 温度
Y 一般气象学上所说的空气温度，是距地 面1.5米高、背阴处的空气温度。影响室 外空气温度的主要因素有太阳辐射、气 流状况、地面覆盖情况以及地形等。其 中太阳辐射的影响最大，随着辐射照度 的不同，室外空气温度有明显的年变化 和日变化规律。
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开阔地上某建筑小区的风速分 布（平面）
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开阔地上小区内一建筑周围的 风速分布（立面）
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小区内一建筑周围的风速分布 （平面）
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3.2.4 获得微气候风速的方法
• 风洞实验：建筑小区的模型放入风洞 中，创造不同的风速和风向，实测各建 筑模型周围的风速分布。费用较高，周 期长，准确。 • CFD模拟：用计算流体力学的方法预测 建筑物周围的风速分布。费用低、时间 短，需要合理的湍流模型才能准确预测 风速分布。
精品工程类本科大三课件《建筑环境学》03第三章第12节 太阳辐射热作用和热湿传递III
• 只有长波红外线（也称长波 辐射）会被玻璃反射和吸收
可见光 近红外线 长波红外线
0.8
普通玻璃的光谱透过率
一般高温工业热源的辐射为 波长为5μm以上长波辐射
lLowow-e-e玻mi璃ssivity
• 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。
• 半透明薄层的总透过率τ：
glass
(1
a0
)(1
r)2
r 2n(1
n0
a0 )2n
(1 a0 )(1 r)2 1 r 2(1 a0 )2
半透明薄层的a、 ρ、 τ
ρ
a
a0(1 r) r n(1 a0 )n
n0
a0(1 r) 1 r(1 a0 )
aτ
r
r(1
a0 )2 (1
第三章第二节
建筑围护结构的 热湿传递与得热
基本内容
• 通过围护结构的显热得热
• 通过非透明围护结构的热传导 • 通过非透明围护结构的得热
t a( x) t
x x
Qwa•ll,通co•n过d通玻 璃过窗玻(的x得璃) 热xt板x壁 的in 传t(热,量) ta,in ( )
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r, j
第三章
建筑热湿环境
热湿环境的影响因素
热湿环境是建筑环 境中最主要的内容
外扰：
• 室外气候参数：室外空气温 湿度、太阳辐射、风
• 邻室的空气温湿度
内扰：
• 主要包括室内设备、照明、 人员等室内热湿源
内外扰影响室 内的基本形式： 对流、导热和 辐射
建筑环境学教学大纲(可编辑修改word版)
建筑环境学建筑环境学教材大纲朱颖心张寅平李先庭秦佑国清华大学建筑学院建筑技术科学系编写目的：建筑环境学是一门融合热工学、流体力学、生理学、心理学、声学、光学、建筑学、城市气象学、劳动卫生学等多学科内容的交叉科学。
通过本教材的使用，希望能够使读者了解和掌握（1）人和生产过程需要什么样的建筑室内环境（2）各种外部和内部的因素是如何影响建筑环境的（3）改变或控制建筑环境的基本方法及其原理。
通过学习这门课程，为今后学习各种技术手段来创造健康舒适的、满足各种生产过程要求的建筑环境打下理论基础。
适用对象：本教材是建筑环境与设备工程专业大学本科学生和研究生的专业基础课教材，也可作为建筑学、建筑物理、建筑给排水等其它土建类专业的本科生和研究生的参考教材。
同时也可以作为从事暖通空调以及相关技术的研究人员和工程技术人员的自学用参考书。
编写特点：由于这是一门非常前沿的课程，因此在本教材的编写中，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。
除了力求使学生掌握构建、分析、评价建筑环境的基本理论与方法外，还为学生掌握本学科最新的动态提供了途径。
本教材给出了一些习题和思考题，建议了几个课程实验，给出了一些大作业题目，目的在于帮助学生建立对建筑环境的全面的和感性认识。
教材建议学时：48 学时，含课堂讨论和大作业。
第一章绪论建筑环境学第一节建筑环境学的作用与地位介绍建筑的根本功能，建筑与室内外气候的关系以及人类追求满意的建筑物理环境与文明发展的关系，不同气候区域建筑类型的演变，人类对建筑环境的感性认识和逐步形成的理论以及控制技术的发展历史，现代工业高度发展导致的人类面临的新问题，建筑环境科学在人类住区可持续发展中的地位和作用等。
第二节建筑环境学的主要研究内容及研究方法建筑环境学研究的三个内容：了解人和生产过程需要什么样的建筑室内环境，了解各种内外部因素是如何影响建筑环境的，掌握改变或控制建筑环境的基本方法和手段。
建筑环境学笔记03
建筑环境学——李念平主编、化学工业出版社出版第一部分知识点总结第三章建筑热湿环境3.1湿热环境的基本概念影响建筑室内湿热状况的因素：室外气象条件、室内发热和产湿量、以及采暖和空调系统的运行方式。
内扰含有室内设备、照明、人员等室内热湿源外扰主要包括室外气候参数包括有室外空气温湿度、太阳辐射、风速、风向变化以及邻室的空气温湿度进入室内。
外扰和内扰对室内环境的作用形式包括有对流换热、导热和辐射。
得热量是某时刻在内外扰作用下进入房间的总热量。
围护结构壁面的热等于太阳辐射热量、长波辐射换热量、和对流换热量之和。
太阳落在围护结构表面上的三种辐射：太阳直接辐射、天空散射辐射和地面反射辐射。
室外空气综合温度解释见第二章围护结构的热物性指标：导热系数、表面传热系数、辐射系数、蓄热系数、衰减度。
温室效应解释见第二章3.2建筑围护结构的热湿结构得热：指在外部气象参数作用下，由室外传到外围护结构内表面以内的热量、室内热源散发在室内的全部热量。
围护结构的凝露有两种：表面凝露和内部凝露影响水蒸气凝结及凝结成度的主要因素：室内外水蒸气分压力、内外表面分压力、内外表面温度以及材料渗透性能。
内表面温度取决于传热量、室内外温差及维护结构热阻。
防结露措施：材料层次布置应符合水蒸气难进易出原则（方案解释见65页）；设置隔气防潮层；设置通风间层或泄气沟道。
3.3以其他形式进入室内的热量和湿量室内热湿源一般包括：人体、设备和照明设施。
室内散湿形式：湿表面散湿、蒸汽散湿、人体散湿。
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。
导致空气渗透量的室内外压力差一般为：风压、热压和室内正压。
（两季节分析见71页）空气渗透量估算方法：缝隙法和换气次数法3.4负荷与得热关系冷负荷：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。
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。
《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。
第三章建筑热湿环境(103)
室内产热与产湿 • 室内湿源包括人员、水面、产湿设备
– 散湿形式：直接进入空气 – 得热往往考虑围护结构和家具的蓄热，“得湿” 一般不考虑“蓄湿”
• 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
常规的送风方式空调需 要去除荷与得热有关，但不一定相等 • 决定因素
– 空调形式
• 送风：负荷＝对流部分
• 辐射：负荷＝对流部分＋辐射部分
– 热源特性：对流与辐射的比例是多少？ – 围护结构热工性能：蓄热能力如何？如果内表面 完全绝热呢？ – 房间的构造（角系数）
• 总得热：HGsolar＝HGglass,τ + HGglass,a
通过玻璃窗的得热 • 可利用对标准玻璃的得热 SSGDi 和 SSGdif 进行修正
来获得简化计算结果：
实际照射面积比
窗的有效面积系数
HGsolar = ( SSGDi X s + SSGdif )CsCn X glassFwindow
• 增透覆层（保证可见光的透过率）~太阳光过滤成“冷光源”！ • 高透光型（冬季型、高近红外线透过率），低透光型（遮阳型）
（5）中空玻璃（双层玻璃、中间抽真空、加充氩气、氪气）
• 吸热玻璃与LOW-E玻璃的组合
2、当量室外气温~室外空气综合温度tz
太阳直射 辐射 大气长波 • 辐射 太空散射 辐射 对流换 热
冷负荷温差法
常用的负荷求解法 • 稳态算法
– 不考虑建筑蓄热，负荷预测值偏大
• 动态算法，积分变换求解微分方程
– 冷负荷系数法、谐波反应法：夏季设计日动态模 拟。
《建筑热湿环境》课件
湿环境
1 湿度的影响
湿度对人体健康和建筑材料有着重要影响， 需要合理控制室内空气湿度。
2 室内空气湿度的控制
通过通风、空调和湿度控制设备等手段，可 以控制室内空气湿度，提供良好的湿环境。
3 湿度的测量方法
使用湿度计等工具可以准确测量室内湿度， 帮助评估建筑热湿环境。
4 利用建筑设计降低室内湿度
采用合适的建筑设计和材料选择可以帮助降 低室内湿度，提供舒适的湿环境。
在建筑计过程中， 需要充分考虑热湿环 境对建筑舒适度和节 能性的影响。
建筑节能与热湿环境
节能建筑的目标
节能建筑的目标是通过合理的 热湿环境设计和能源利用，减 少建筑能耗。
热湿环境的影响
热湿环境对建筑能耗有着直接 的影响，需要在设计中考虑节 能需求。
节能建筑的热湿环境 设计
采用绝缘材料、合理的通风和 空调系统等措施，可以实现节 能建筑的良好热湿环境。
参考文献
1. 张XX，施XX. 建筑热湿环境[M]. 上海：上海科技出版社，2008. 2. Smith A, Johnson B. Understanding Building Physics: Principles and Applications[J]. London: Taylor & Francis, 2013.
重要性
了解建筑热湿环境对于提供舒适的居住环境和设计节能建筑至关重要。
热环境
热平衡
热平衡是指建筑内的热量输入 和输出达到平衡状态，在此基 础上实现舒适的温度。
人体热舒适度
人体热舒适度受到环境温度和 湿度的影响，建筑设计应考虑 提供舒适的热环境。
降低室内温度的方法
通过建筑设计和热量控制技术， 可以降低室内温度，提供更舒 适的热环境。
03建筑热湿环境1-130312-28页精选文档
显热
由于围护结构本身存在 对流得热 的热惯性，通过围护结构的
得热量与外扰之间存在着衰
得
减和延迟的关系
热
辐射得热
பைடு நூலகம்潜热
显热、潜热
1)对固态、液态或气态的物质加热，只要它的形态不变，则热量加 进去后，物质的温度就升高，加进热量的多少在温度上能显示出来， 即不改变物质的形态而引起其温度变化的热量称为显热。 对液态的水加热，只要它还保持液态，它的温度就升高；因此，显 热只影响温度的变化而不引起物质的形态的变化 。 2）潜热的发生总会伴随着物质相态的变化。 对液态的水加热，水的温度升高，当达到沸点时，虽然热量不断的 加入，但水的温度不升高，一直停留在沸点，加进的热量仅使水变
半透明薄层的总反射率为：
r r 1 0 2 1 r 2 n 0 r 2 n 1 0 2 n r 1 1 1 r 2 0 1 2 1 0 r 2 2
由于自身温度或热运动的原因面激发产生的电磁波传播,称热辐射 。 热辐射是电磁波，通常把λ＝0.1~100μm范围的电磁波称热射线， 其中包括可见光线、部分紫外线和红外线。
热 辐 射
理解
热辐射以电磁辐射的形式发出能量，温度越高，辐射越强。 辐射的波长分布情况也随温度而变: 1)如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射; 2)在500℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射
窗户透过辐射 围护结构热湿传导 室内外空气对流
基本概念
外扰中的热传递
辐 射
围护结构外表面
传 导 围护结构内表面
辐对 射流 室内空气
辐对 射流
室外空气 通 过通 开过 启缝 孔隙 洞渗 侵透 入
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通过非透光围护结构的热传导
通过非透光围护结构的热传导
通过非透光围护结构的得热
通过非透光围护结构的得热 --基本物理过程分析
室内其他表面温度对板壁传 热的影响
通过非透光围护结构的得热 --基本物通过非透光围护结构的得热
通过透光围护结构 的传热过程
通过透光围护结构的得热
玻璃窗的种类与热工性能
玻璃窗的种类与热工性能
玻璃窗的种类 与热工性能
玻璃窗的种类与热工性能
遮阳方式
外遮阳
外遮阳与内遮阳的区别？
窗玻璃间遮阳
通风双层百叶 内置风扇
通过玻璃窗的长波辐射？？
通过透光围护结构的得热
通过透光围护结构的得热
通过透光围护结构的得热
其他得热来源
通过围护结构的湿传递
房间空气热平衡的数学表达式
典型负荷计算方法原理介绍
典型负荷计算方法原理介绍
常用的负荷求解法
稳态算法
稳态算法举例：北京室外气 温和室内控制温度比较
积分变换法原理
为何板壁不稳定传热适用 拉普拉斯变换？
应用条件
线性定常系统的特性
输入边界条件的处理方法
两种积分变换法总结
模拟分析软件
通过围护结构的湿传递
通过围护结构的湿传递
室内产热与产湿
室内产热与产湿
人体散热散湿
空气渗透带来的得热
网络平衡法原理
冷负荷与热负荷
负荷的大小与去除或补充热量的 方式有关
各种得热进入空气的途径
得热与冷负荷的关系
得热与冷负荷的关系
房间空气的热平衡关系
室内热源对流得热
壁面对流得热
太阳辐射在透光围护结构中的传递
室外空气综合温度
室外空气 综合温度
solar temperature
室外空气综合温度
solar temperature
天空辐射
（夜间辐射， 有效辐射）
通过围护结构的显热得热
通过非透光围护结构 的传热过程
通过非透光围护结构的热传导
通过非透光围护结构的热传导
第三章 建筑热湿环境
内容提要（四次课）
基本概念与术语
建筑热湿环境是如何形成的
基本概念
基本概念
面非 所透 吸光 收围 的护 辐结 射构 热外 表
太阳辐射在透光围护结构中的传递
太阳辐射在透光围护结构中的传递
Low-e玻璃的透光性选择
太阳辐射在透光围护结构中的传递
太阳辐射在透光围护结构中的传递
模拟分析软件：美国，反应系数法
模拟分析软件：欧洲，有限差分法
模拟分析软件：中国，状态空间法