建筑环境学学习.pptx

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1、41建筑热湿环境知识框架半半透透明明体体围围护护结结构构的的热热工工性性能能生生理理学学基基础础心心理理学学基基础础建筑热湿环境建筑热湿环境影响室内热环境的影响室内热环境的物理因素物理因素太太阳阳辐辐射射与与综综合合温温度度 湿环境湿环境非非透透明明体体围围护护结结构构的的热热工工性性能能稳稳定定特特性性非非稳稳定定特特性性冷负荷形成及冷负荷形成及计算方法计算方法人体生理学和人体生理学和心理学心理学冬冬围护结构负荷围护结构负荷空气渗透负荷空气渗透负荷光光学学特特性性PMV-PPDPMV-PPD法法局部不舒适感局部不舒适感其他稳定评价其他稳定评价热热舒舒适适性性方方程程稳定计算方法稳定计算方法谐

2、波反应法谐波反应法冷负荷系数法冷负荷系数法夏夏人人,照明照明,设备设备得热负荷概念得热负荷概念湿湿量量计计算算冷冷凝凝校校验验结结露露防防治治温态环温态环境境动态环动态环境境过度环过度环境境热湿环境热湿环境评价评价第1页/共165页4213455559713226 81气温 2太阳辐射 3室外空气综合温度 4热空气交换 5建筑内表面辐射6人体辐射换热 7人体对流换热 8人体蒸发散热 9室内热源B室内热湿环境的形成室内热湿环境的形成第4章建筑热湿环境第2页/共165页43基本概念A:A:室外气象条件外扰 B:B:室内发热/湿/尘量内扰(照明、设备、人体、散湿)C:C:空调方式广义外扰外扰作用方式

3、：外扰作用方式：热交换：太阳辐射(透明/半透明体)、热传导(围护结构)/（对流辐射）空气交换：空气渗透、空调送风内扰作用方式：内扰作用方式：辐射 对流蒸发空气状态参数空气状态参数变化的途径：变化的途径：对流空气直接混合蒸发热,湿,尘源Vi,Ii,di,iVo,Io,do,otwQWGPqwPqnI墙体传热/湿性能影响内/外扰对室内空气环境的作用4.1影响室内热环境的物理因素第3页/共165页444.1影响室内热环境的物理因素太阳辐射与室外空气综合温度建筑表面的辐射作用建筑表面的辐射作用 直射：IN散射：地面反射：ID天空散射：IS太阳辐射太阳辐射I0大气辐射大气辐射Iy建筑表面接受的辐射建筑表

4、面的气温作用建筑表面的气温作用综合温度第4页/共165页454.1影响室内热环境的物理因素太阳辐射与室外空气综合温度法线直射强度：法线直射强度：P P大气透明度（反应大气污染、水蒸气等颗粒对日射的衰减）mm大气质量（反应日射强度到达表面的路程大小）I0INI1L=L/sinLdxdIxI0呈指数衰减P=IL/I0=exp(-kL)1.大气透明度第5页/共165页464.1影响室内热环境的物理因素太阳辐射与室外空气综合温度1.大气透明度P P1 1最透明最透明 变化范围：变化范围：0.650.750.650.75，在一个，在一个月份的晴天中可近月份的晴天中可近似认为是常数似认为是常数我国将大气透

5、明度我国将大气透明度作了作了6 6个等级的分个等级的分区，区，1 1级最透明级最透明东京晴天的大气透明度逐月值东京晴天的大气透明度逐月值反应大气污染、水蒸气等颗粒对日射的衰减P=IL/I0=exp(-kL)定义：定义：第6页/共165页47我国的大气透明度分区6 65 54 44 43 33 32 24 4第7页/共165页48IN=I0 P mm=L/L=1/sin 大大大大 为什么太阳高度角接近0和90时垂直面的日射量都小？反应日射强度到达表面的路程大小大气质量：m4.1影响室内热环境的物理因素太阳辐射与室外空气综合温度1.大气透明度第8页/共165页49太阳辐射与室外空气综合温度 A A

6、 i i 90 AI IS,ZS,Z=I=IN Nsinsin IN90 N NSI IC,ZC,Z=I=IN Ncoscos coscos 墙体法线墙体法线INcos iI I,Z,Z=I IN Ncoscosi iI0INI1LI02.太阳辐射强度R直射辐射第9页/共165页410不同太阳高度角和大气透明度下的太阳直射辐射强度不同太阳高度角和大气透明度下的太阳直射辐射强度 R直射辐射2.太阳辐射强度第10页/共165页411直射直射Z散射散射S地面反射地面反射D水平面水平面SINsin IS,S0垂直面垂直面CINcos cos 0.5 IS,S0.5 GIS,倾斜面倾斜面 INcos i

7、0.5 IS,S(1+cos)0.5 GIS(1-cos)水平面散射强度水平面散射强度I IS,SS,S(Berlage(Berlage公式公式)：R散射辐射与总辐射强度 G地面平均日射反射率地面平均日射反射率水平面日射总辐射：水平面日射总辐射：垂直面日射总辐射：垂直面日射总辐射：2.太阳辐射强度第11页/共165页412水平面总日射水平面总日射辐射强度：辐射强度：北纬40的太阳总辐射量按不同表面(水平、垂直、倾斜面)计算R总辐射强度例4-1短波？长波？第12页/共165页413太阳辐射与室外空气综合温度3.大气长波辐射(Ia)与晚间有效辐射(Iy)指建筑表面向天空的有效辐射指大气向建筑表面的

8、辐射大气向建筑表面的辐射：Ia(地表)建筑表面向天空的辐射：Id(地表)建筑向天空的有效辐射：IS,B考虑云层(地表)建筑向天空的有效辐射：IS,y天空当量温度大气温度式4-25为何白天可以忽略大气长波辐射，晚间不可以？例题4-2晚间有效辐射第13页/共165页414太阳直射太阳直射辐射辐射太空散太空散射辐射射辐射对流对流换热换热地面反射辐射地面反射辐射环境长波辐射环境长波辐射地面长地面长波辐射波辐射壁体得热壁体得热ISIZID非透明体外表面接受热辐射：太阳辐射与室外空气综合温度4.室外空气综合温度大气长波大气长波辐射辐射IZIS建筑表面建筑表面接受辐射接受辐射第14页/共165页415q室外

9、空气温度：室外空气温度：q外表面接受的有效热辐射：外表面接受的有效热辐射：q外表面得热：外表面得热：短波辐射长波辐射太阳辐射与室外空气综合温度Iy Id Ia4.室外空气综合温度第15页/共165页416t td d(I I)td(I)twtz当量空气温度当量空气温度+=室外空气温度室外空气温度室外空气综合温度室外空气综合温度6060！3535！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：t td d(I)(I)Iy/w工程处理：垂直面：Iy/w=0；水平面：Iy/w=3.54.0。4.室外空气综合温度第16页/共165页417导热特性：导热特性：100气体气体0.0060.6Air

10、:0.029液体液体0.070.7Water:0.58建筑材料建筑材料0.33.5钢筋混凝土钢筋混凝土:1.5金属金属2.2240建筑钢材建筑钢材20保温材料保温材料0.30.3保温材料其他要求保温材料其他要求：600700kg/m3;；耐压强度：4kg/cm2要点要点:空隙率,airsolidtwtnwwnn121.围护结构传导与热对流围护结构传导与热对流聚乙烯泡沫材料：0.044.1影响室内热环境的物理因素非透明体围护结构的热工性能表面热对流特性：表面热对流特性：表4-3w、n=f(v、t、热面形式)墙体导热系数，W/mK第17页/共165页4182.表面辐射特性：表面辐射特性：一般建筑内

11、墙：0.820.93，铝箔0.050.20太阳集热器s，保温材料常贴铝箔、墙体表面反射率、吸收率、透射率墙体表面反射率、吸收率、透射率（=0：非透明体；1：半透明体）s s表面的太阳吸收率表面的太阳吸收率 红砖：红砖：=0.85-0.95s=0.65-0.80外界外界物体物体辐射响应特性对外辐射特性但C Cb b黑体辐射系数黑体辐射系数：5.67 W/(m2K4)表面黑度：表面黑度：4.1影响室内热环境的物理因素非透明体围护结构的热工性能第18页/共165页419工程上：工程上：=f（墙表面平整度，室外风速）=191923W/(m23W/(m2 2K)K)=f（墙表面平整度）8.72W/(m8

12、.72W/(m2 2K)K)对流放热系数：对流放热系数：辐射放热系数：辐射放热系数：以外墙为例：out辐射对流4.1影响室内热环境的物理因素非透明体围护结构的热工性能2.表面辐射特性：表面辐射特性：第19页/共165页420吸(放)热导热放(吸)热3.稳定传热量计算稳定传热量计算流体与壁面对流传热流体与壁面对流传热以外墙为例：壁面与壁面辐射传热壁面与壁面辐射传热以外墙为例：固体间导热传热并联作用并联作用表面换热表面换热串联作用串联作用并联作用并联作用表面换热表面换热touttinoutWNin14.1影响室内热环境的物理因素非透明体围护结构的热工性能第20页/共165页421K0、R0墙体总传

13、热系数,总传热热阻R0=1/K0，Kf（墙体材质）GB50176-93民用建筑热工设计规范等twtn多层均质墙体多层均质墙体wn4.1影响室内热环境的物理因素非透明体围护结构的热工性能3.稳定传热量计算稳定传热量计算第21页/共165页422封闭空气间层：封闭空气间层：导热、对流、辐射同时存在处理方法：处理方法：当量导热表4-7实体：实体：dR传热 导热导热 对流对流 总传热总传热(对流为主对流为主)d空气间层：空气间层：思考：思考：一般封闭间层内贴铝箔(小)以降低传热量,一般贴在高温侧避免结露,为什么？低温侧低温侧高温侧高温侧高高温温侧侧低低温温侧侧非透明体围护结构的热工性能3.稳定传热量计

14、算稳定传热量计算第22页/共165页423组合墙体：组合墙体：（1）分层分层按等热流层分（2）确定组合层确定组合层并联处理成当量热阻由的面积加权推导（3）整个墙体按多层均质求解整个墙体按多层均质求解非透明体围护结构的热工性能计算方法：思考：分析按与热流平行方向划分和等热流层划分的不同。3.稳定传热量计算稳定传热量计算第23页/共165页424屋顶外墙外窗(含阳台透明部分)分户墙和楼板底部自然通风的架空楼板户门K1.0,D3.0K1.5,D3.0见下表K2.0K1.5K3.0K0.8,D2.5K1.0,D2.5外窗传热系数/(m2K)，表中r为窗墙面积比朝向 窗外环境条件r0.25 0.25r0

15、.3 0.3r0.35 0.35r0.45 0.45r0.5N 最冷月室外平均气温54.74.73.23.22.5最冷月室外平均气温54.73.23.23.22.5无遮阳措施4.73.2有外遮阳(其太阳辐射透射率20%)4.73.23.23.22.52.54.74.73.23.22.52.5夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准传热系数传热系数K/K/(m/(m2 2K)K)和热惰性指标和热惰性指标D D的控制的控制第24页/共165页425JGJ26-86民用建筑节能设计标准体形系数0.3体形系数0.3北纬北纬45北纬北纬40北纬北纬60北纬北纬60体形系数体形系数建筑物外表面积与其包围的体积之比

16、建筑物外表面积与其包围的体积之比JGJ 26-95JGJ 26-95民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）国内外建筑围护结构传热系数的比较国内外建筑围护结构传热系数的比较/W/(m/W/(m2 2 K)K)JGJ24-86民用建筑热工设计规程第25页/共165页426 墙体蓄热性能墙体蓄热性能 t（t）外表面瞬时得热外表面瞬时得热内表面放热内表面放热衰减特性：衰减特性：衰减系数 0 0=室外综合空气温度波幅/内表面温度波幅延迟特性：延迟特性：延迟时间 0 0=内表面温度波动相位延迟蓄热特性：蓄热特性：蓄热系数 S S=热流波动振幅与温度波动振幅之比qn

17、 A0An=A0/An非透明体围护结构的热工性能4.不稳定热工特性不稳定热工特性第26页/共165页427材料的蓄热系数材料的蓄热系数反应材料的蓄热特性。表面温度波动程度表面温度波动程度SS温度波动温度波动蓄热蓄热一般空气间层：一般空气间层：S=0S=0材料层衰减度材料层衰减度材料内部温度衰减规律热惰性指标热惰性指标反抗温度波动的能力S可蓄热D抗波动 D3.0：轻型结构：轻型结构 3.1D6.0：中型结构：中型结构 D6.1：重型结构：重型结构S参数均可通过半无穷大材料的不稳定传热计算非透明体围护结构的热工性能4.不稳定热工特性不稳定热工特性第27页/共165页428波长/m穿透率/%可见光可

18、见光近红外线近红外线长波红外线长波红外线 0.8玻璃对波长具有选择性选择性的透过特性透过特性：3m以下波长几乎全部透过，但却能阻隔3m以上的长波红外线辐射温室效应温室效应4.1影响室内热环境的物理因素半透明体围护结构的热工性能1.光学特性光学特性第28页/共165页4294.1影响室内热环境的物理因素半透明体围护结构的热工性能玻璃在界面上的反射反射、透过特性透过特性和内部的吸收特性：吸收特性：界面界面的反射百分比反射百分比，A A0 0单程单程吸收百分比吸收百分比，1.光学特性光学特性第29页/共165页430反射百分比：反射百分比：吸收百分比：吸收百分比：r ra a0 0 标准玻璃标准玻璃

19、K0.045玻璃玻璃/太阳下太阳下空气空气消光系数消光系数行程行程4.1影响室内热环境的物理因素半透明体围护结构的热工性能1.光学特性光学特性第30页/共165页4314.1影响室内热环境的物理因素半透明体围护结构的热工性能2.热工特性热工特性窗框（材料、各种间隔、断热窗框等窗框（材料、各种间隔、断热窗框等玻璃系统玻璃系统（单层、双层、贴膜等）（单层、双层、贴膜等）组合结构窗系统窗系统第31页/共165页432单层：单层：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。多层：多层：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。4.

20、1影响室内热环境的物理因素半透明体围护结构的热工性能2.热工特性热工特性表4-9第32页/共165页433窗框型材：木框、铝合金框、铝合金断热框、塑钢框、断热塑钢框等；玻璃层间：可充空气、氮、氩、氪等或有真空夹层；玻璃层数：单玻、双玻、三玻等；玻璃类别：普通透明玻璃、有色玻璃、低辐射(Low-e)玻璃等；玻璃表面：各种辐射阻隔性能的镀膜，如反射膜、low-e膜、有色遮光膜等，或在两层玻璃之间的空间中架一层对近红外线高反射率的热镜膜。窗玻璃中心温度窗玻璃中心温度4.1影响室内热环境的物理因素半半透明体围护结构的热工性能2.热工特性热工特性第33页/共165页434通过窗进入室内的得热：玻璃得热8

21、0%，其次是缝隙空气渗透得热和窗框传热得热。玻璃钢材铝合金PVC松木玻璃钢0.7658.22030.160.170.52传热系数W/(m2K)6.211.912.37特定结构常用窗框材料的导热系数W/(mK)中空玻璃及其他墙体材料的传热系数W/(m2K)材料厚度传热系数隔声量/dB普通中空玻璃3+6A+33.42530普通中空玻璃3+12A+33.03035三层中空玻璃3+12A+3+12A+32.13540混凝土墙1503.350砖墙2402.8双玻热阻：半半透明体围护结构的热工性能2.热工特性热工特性第34页/共165页4354.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述得热与负荷的基本概念得热与

22、负荷的基本概念 1.得热与负荷的定义与构成得热与负荷的定义与构成室内热量传递形式第35页/共165页436冷（热）负荷：冷（热）负荷：维持室内一定热湿环境所需要的在单维持室内一定热湿环境所需要的在单 位时间内从室内除去（补充）的热量位时间内从室内除去（补充）的热量显热负荷潜热负荷送风方式送风方式辐射方式辐射方式空气温湿度环境空气温湿度环境空气温湿度空气温湿度+平均辐射温度平均辐射温度空气中热量空气中热量空气空气+室内各室内各表面热量表面热量表面储存热表面储存热+4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述得热与负荷的基本概念1.得热与负荷的定义与构成得热与负荷的定义与构成第36页/共165页437

23、常规的送风方式空调常规的送风方式空调需要去除的是进入到空气需要去除的是进入到空气中的得热量。中的得热量。冷辐射板空调需要去冷辐射板空调需要去除的热量除了进入到空气除的热量除了进入到空气中的热量外，还包括贮存中的热量外，还包括贮存在热表面上的热量。在热表面上的热量。4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述得热与负荷的基本概念1.得热与负荷的定义与构成得热与负荷的定义与构成第37页/共165页4384.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述得热与负荷的基本概念2.冷负荷形成过程冷负荷形成过程物体物体室外空气室外空气室内空气得热得热潜热潜热显热显热对流得热对流得热辐射得热辐射得热QQ空调冷冻空调冷冻设备设

24、备房间负荷房间负荷得得热热：进入建筑的总热量，包括导热、对流、辐射、直接空气交换/HG(n)空调负荷：空调负荷：维持环境空调去除或加入的冷量或热量/CL(n)除热量：除热量：房间非稳定工况下实际由空调系统除去的热量/HE(n)比例f(热源性质)表4-15蓄热比例f(建筑热工特性、作用形式)压缩机压缩机功率功率除热量除热量（空调送风方式）与得热比较有衰减和延迟第38页/共165页439室内热源得热 室内热源对流得热热源向空调辐射板的辐射热源向壁面的辐射室内热源得热分解：4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述得热与负荷的基本概念2.冷负荷形成过程冷负荷形成过程空调送风方式与辐空调送风方式与辐射空调

25、方式的负荷射空调方式的负荷构成区别构成区别第39页/共165页440壁面得热分解：壁面得热分解通过围护结构的导热得热本壁面获得的通过玻璃窗的日射得热 壁面对流得热 本壁面向热源的辐射 本壁面向空调辐射设备的辐射 本壁面向其他壁面的长波辐射Qcond2.谐波反应法(4)得热负荷的过程非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 第40页/共165页441冷负荷冷负荷 排除的对流热得热排除的对流热得热+潜热潜热+空气的焓值增值空气的焓值增值室内热源对流得热室内热源对流得热 壁面对流得热潜热壁面对流得热潜热 渗透得热渗透得热房间空气的热平衡关系房间空气的热平衡关系空调

26、送风方式负荷空调送风方式负荷4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述得热与负荷的基本概念2.冷负荷形成过程冷负荷形成过程稳定时稳定时其量物理意义?第41页/共165页442q实际冷负荷实际冷负荷(轻型轻型)实际冷负荷实际冷负荷(中型中型)实际冷负荷实际冷负荷(重型重型)西西向向瞬瞬时时太太阳阳辐辐射射得得热热设计设计冷负荷冷负荷4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述得热与负荷的基本概念3.建筑蓄热特性对冷负荷的影响建筑蓄热特性对冷负荷的影响谐波扰量阶跃扰量得热量？蓄热量？冷负荷？除热量？新概念新概念第42页/共165页443的发展过程的发展过程当量温差法谐波分解法美/1946苏/50年代得热得热

27、=负荷负荷反应系数法ASHRAE/77年冷负荷系数法加/1967-71日射冷负荷系数Z传递函数改进典型建筑冷负荷温差及冷负荷系数谐波反应法完善稳态计算法得热得热 负荷负荷我国根据不同对象推荐采用：冬季冬季,内围护结构冷负荷内围护结构冷负荷外围护结构冷负荷外围护结构冷负荷 室内冷负荷室内冷负荷 窗户日射冷负荷窗户日射冷负荷4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述得热与负荷的基本概念4.负荷计算方法与模拟软件负荷计算方法与模拟软件第43页/共165页444冷负荷指标装机容量装机容量装机容量装机容量的冷负荷指标/W/m2116.3宾馆饭店数量/个01254210宾馆饭店百分比/%04.18.320.3

28、16.78.341.7合计百分比/%33.266.766.7冷负荷指标实际开机容量实际开机容量实际开机容量实际开机容量的冷负荷指标/W/m2116.3宾馆饭店数量/个2893200宾馆饭店百分比/%8.3 33.337.512.58.300合计百分比/%91.691.68.3实际开机容量实际开机容量装机容量装机容量设备闲置浪费惊人的浪费！（样本数：24）第44页/共165页445 稳态算法n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n冷负荷系数法、谐波反应法：夏季设计日动态模拟。计算机模拟分析软件nDOE2(美国)、HASP(日本)、ESP(英国)nDeST(清华)4.2房

29、间冷负荷的形成及其计算方法概述得热与负荷的基本概念4.负荷计算方法与模拟软件负荷计算方法与模拟软件第45页/共165页446冬季为什么采用稳定计算方法，而夏季采用非稳定计算方法冬季为什么采用稳定计算方法，而夏季采用非稳定计算方法？问题：问题：稳定计算方法t tws,ws,t tnsnst tnwnwt tww,ww,t to,maxo,maxt to,maxo,max比较：比较：t tw,w,和和 t t=t=tw w-t tn nCLQCLQwinterwinter=HGHG=K Kw wF Fw w(t tw w-t tn n)第46页/共165页447 方法方法n采用室内外瞬时温差或平均

30、温差，负荷与以往时刻的传热状况无关：QKFT 特点特点n简单，可手工计算n未考虑围护结构的蓄热性能，计算误差偏大 应用条件应用条件n蓄热小的轻型简易围护结构n室内外温差平均值远远大于室内外温度的波动值（如冬季负荷计算、夏季内墙负荷计算等）4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述稳定计算方法第47页/共165页448第三类边界条件：第三类边界条件：太难求解了！非均匀板壁的不稳定传热:其中内表面长波辐射：其中内表面长波辐射：1.积分变换法基本原理(1)4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 第48页/共165页4491.积分

31、变换法基本原理(2)对于常系数的线性偏微分方程，采用积分变换如对于常系数的线性偏微分方程，采用积分变换如 傅立傅立叶变换叶变换 或或 拉普拉斯变换拉普拉斯变换。积分变换的概念积分变换的概念是把函数从是把函数从一个域中移到另一个域中，在这个新的域中，函数呈现一个域中移到另一个域中，在这个新的域中，函数呈现较简单的形式，因此可以求出解析解。然后再对求得的较简单的形式，因此可以求出解析解。然后再对求得的变换后的方程解进行逆变换，获得最终的解。变换后的方程解进行逆变换，获得最终的解。B B域：问题域：问题容易求解容易求解对函数进行对函数进行积分变换积分变换求解求解A A域：问题域：问题难以求解难以求解

32、对函数解进行对函数解进行积分逆变换积分逆变换获得解获得解4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 如何选用？偏微分方程偏微分方程变换为常微分方程常微分方程常微分方程常微分方程变换为代数方程代数方程第49页/共165页450拉普拉斯变换的解拉普拉斯变换的解形式：传递矩阵或s-传递函数传递函数传递函数问题的解问题的解1.积分变换法基本原理(3)4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 系统Input()Output()第50页/共165页451叠加单元

33、扰量 扰量单元扰量响应响应分解拉普拉斯变换拉普拉斯变换：热传递过程是线性定常系统傅立叶变换傅立叶变换：扰量周期变化Z Z变换变换：扰量非规则变化扰量扰量Input()室外参数三角波分解谐波反应法谐波反应法叠加条件：叠加条件：线性定常系统线性定常系统传递函数冷冷负负荷荷系系数数法法1.积分变换法基本原理(4)第51页/共165页452谐波反应法：谐波反应法：n任何一连续可导曲线均可分解为正(余)弦波之和。把外扰分解为余弦波，分别求出每个正(余)弦波外扰的室内响应，并进行叠加。典型扰量输入：室外空气温度，输出：室内壁温反应系数法反应系数法(冷负荷系数法冷负荷系数法)：n任何连续曲线均可离散为脉冲波

34、之和。将外扰分解为脉冲，分别求得脉冲外扰的室内响应，再进行叠加获得室内负荷。n对应离散系统，拉普拉斯变换转化为Z变换典型扰量输入：室内热源得热，输出：室内负荷1.积分变换法基本原理(5)4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 第52页/共165页45316.9-551525354501440 2880 4320 5760 7200 8640-2002001440 2880 4320 5760 7200 8640-7.507.5050100150武汉市室外干球温度的全年变化武汉市室外干球温度的全年变化傅立叶级数分解傅立叶

35、级数分解2.谐波反应法(1)非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 第53页/共165页454室外温度按余弦波（傅氏级数）分解（负荷为各阶余弦波响应之和）谐波反应计算方法波幅的衰减波幅的衰减相位的延迟相位的延迟系统tz,n()n,n()扰量响应 ntz,pAnT/ntz n n,n=An/n tz,n/n室外空气综合温度室内壁面温度扰量扰量响应响应扰量扰量响应响应?Antz,nBnn,n2.谐波反应法(2)单一谐波非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 谐波反应法第54页/共165页455室外空气综合温度1阶谐波2阶谐

36、波3阶谐波时刻/h平均值n、n围护结构对n阶综综合合温温度度扰量传至内内表表面面的衰减度及相位延迟时间，定义：对于谐波叠加的室外(综合)空气温度：如用振幅表示：2.谐波反应法(3)多阶谐波非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 第55页/共165页456双向双向(谐波谐波)变化变化叠加计算叠加计算稳定传热：tz,p、tn,pqn,p=K（tz,ptn,p）qn()=+qn,p+qn1()+qn2()tn=C,仅tz()作用:tz()n()qn1()tz=C,仅tn()作用:tn()n()qn2()外表面瞬时得热：内表面瞬时放热：取得n、n的途径：1.大量性

37、能试验得到（但很有限），目前手册中的大部分数据属这类；2.理论计算得到（见）。（传入室内的得热量）2.谐波反应法(4)得热计算非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 第56页/共165页4572.谐波反应法(5)负荷计算室外空气综室外空气综合温度扰量合温度扰量房间房间得热得热房间房间负荷负荷墙体衰墙体衰减延迟减延迟房间衰房间衰减延迟减延迟 n、n n、n第57页/共165页458外表面太阳吸收系数房间的衰减与延迟负荷温差负荷温差 n,n 冷负荷温度冷负荷温度2.谐波反应法(6)工程简便计算方法非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法非透明体围护结构冷负荷及谐

38、波反应系数法 n,n 第58页/共165页459软件名软件名功能负荷计算方法条件DOE-2（美）全年逐时能耗模拟全年逐时能耗模拟全年逐时能耗模拟全年逐时能耗模拟反应系数法恒物性ESP（英）建筑、建筑、建筑、建筑、设备系统能耗有限差分法变物性EnergyPlus（美）建筑、建筑、建筑、建筑、设备系统能耗传递函数法(反应系数法)恒物性HASP(日本)建筑、建筑、建筑、建筑、设备系统能耗设备系统能耗设备系统能耗设备系统能耗热平衡法恒物性DeST(中)建筑、设备系统能耗建筑、设备系统能耗建筑、设备系统能耗建筑、设备系统能耗状态空间法恒物性 其他还有：BLAST（美）、NBSLD（美）计算机模拟分析软件

39、概况计算机模拟分析软件概况z4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法非透明体围护结构冷负荷及谐波反应系数法 第59页/共165页460 DOE-2(Design ofExperience)由美国能源部主持，美国 LBNL开发，于1979年首次发布的建筑全年逐时能耗模拟建筑全年逐时能耗模拟软件，是目前国际上应用最普遍的建筑热模拟商用软件，用户数估计达到10002500家，遍及40多个国家。其中冷热负荷模拟部分采用的是反应系数法反应系数法，假定室内温度恒定室内温度恒定，不考虑不同房间之间的相互影响。EnergyPlusEnergyPlus美国LBNL 90年代开

40、发的商用、教学研究用的建筑热、光模拟建筑热、光模拟系统软件。采用的是传传递函数法递函数法（反应系数法）。z计算机模拟分析软件概况计算机模拟分析软件概况第60页/共165页461 ESP-r ESP-r(EnergySimulationProgramforResearch)ESP(ESP-r)是由英国Strathclyde大学的能量系统研究组19771984年间开发的建筑环境与设备系统建筑环境与设备系统能耗动态模拟软件。负荷算法采用的是有限差分法有限差分法求解一维传热过程，而不需要对基本传热方程进行线性化，因此可可模拟模拟具有非线性部件非线性部件的建筑的热过程，如有特隆布墙(Trombe wal

41、l)或相变材料等变物性材料的建筑。采用的时间步长通常以分钟为单位。该软件对计算机的速度和内存有较高要求。HASP HASP(Heating,Air-conditioningandSanitayEngineeringProgram)日本1971开发，采用热平衡方法热平衡方法动态计算负荷，强化建筑并考虑系统的能耗模拟软件。z计算机模拟分析软件概况计算机模拟分析软件概况第61页/共165页462 DeST DeST(DesignersSimulationToolkit)n 90年代清华大学开发的建筑建筑与HVACHVAC系统分析系统分析和辅助辅助设计软件设计软件。负荷模拟部分采用状态空间法，即采用现

42、代控制论中的“状态空间”的概念，把建筑物的热过程模型表示成：n n状态空间法状态空间法的求解是在空间上进行离散，在时间上保持连续。对于多个房间的建筑，可对各围护结构和空间列出方程联立求解，因此可处理多房间可处理多房间问题。n其解的稳定性及误差与时间步长无关，因此求解过程所取时间步长可大至1小时，小至数秒钟，而有限差分法只能取较小的时间步长以保证解的精度和稳定性。但但状态空间法与反应系数法和谐波反应法相同之处是均要求系统线性化，不能处理不能处理相变墙体材料、变表面换热系数、变物性等非线性问题。z分阶段计算机模拟分析软件概况计算机模拟分析软件概况第62页/共165页463日射得热温差传热得热得热分

43、析：得热分析：玻璃吸收的太阳辐射向室内传入的分额4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法1.半透明体围护结构得热1。日射透射得热2。内壁面对流得热：日射吸热得热、温差传热得热q=Iq=I第63页/共165页464定义：定义：日射得热因数日射得热因数处理方法：处理方法：先解标准玻璃标准玻璃得热，其他玻璃则采用修正系数其他玻璃则采用修正系数1.半透明体围护结构得热工程处理：工程处理：定义标准玻璃定义标准玻璃标准玻璃：标准玻璃：我国采用3mm厚的普通玻璃当入射角为i=0时，=0.8，=0.074，=0.126标准玻璃日射得热日

44、射得热因数Ds第64页/共165页465吸热玻璃：在玻璃中添加金属离子或某些物质形成着色玻璃，获得较高吸收率。20世纪60年代流行丰富色彩丰富色彩。反射玻璃：在玻璃表面附加一层膜，使之反射更多太阳辐射，获得较高反射率。20年代70世纪流行映射景色映射景色。吸热玻璃与反射玻璃比较玻璃温度：玻璃温度：31.431.439.539.536.836.8比较条件：厚度3mm，环境：32，室内：24，太阳日射强度：600W/m2，温差传热：49.4W/m2普通玻璃吸热玻璃反射玻璃0.8650.060.0510.1110.0240.8890.0750.150.450.310.090.400.600.460.

45、300.100.320.380.220.600.40半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法2.玻璃面发展及其节能特性第65页/共165页466low-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。半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法2.玻璃面发展及其节能特性第66页/共165页467半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法

46、2.玻璃面发展及其节能特性可见光可见光冬季型冬季型Low-E玻璃玻璃7.0%45.6%45,2%2.2%普通玻璃 高 高 高 低 吸热玻璃 中 中 中 低反射玻璃 低 低低 中中 低 low-e玻璃 低 低低 低近红外线可见光紫外线长波红外线透过率透过率高高中中内镀非常薄但又耐久的镀银薄层。20世纪80年代盛行节能节能玻璃。玻璃。夏季东西向第67页/共165页46870703030透过：透过：100100打开的窗户打开的窗户仅内窗帘仅内窗帘1919对流：对流：4 4透过：透过：777781816mm6mm普玻普玻透过：透过：1919对流：对流：3232反射：反射：49495151反射反射对流对

47、流6mm+6mm+内百叶内百叶8282对流：对流：8 8透过：透过：10101818反射反射对流对流外百叶外百叶+6mm+6mm各各种种遮遮阳阳及及遮遮挡挡的的日日射射得得热热比比较较3.降低通过玻璃门窗传入室内热量的措施4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法第68页/共165页469有效面积系数地点修正系数3.降低通过玻璃门窗传入室内热量的措施4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法玻璃的遮阳系数(遮挡系数)窗户的遮阳系数窗户面积例4-8、例4

48、-9不同措施的日射得热窗玻璃的遮阳系数窗户得热第69页/共165页4703.降低通过玻璃门窗传入室内热量的措施4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法通风窗、双层通风玻璃幕墙通风窗、双层通风玻璃幕墙 内藏百叶排风排风内藏百叶内玻璃幕墙外玻璃幕墙回/排风卷帘百叶外玻璃幕墙回/排风卷帘百叶外玻璃幕墙回/排风通 风 窗空 气 屏 障 式吸热后产生吸热后产生烟囱效应烟囱效应自然自然机械机械通风排热通风排热改善窗际改善窗际微环境微环境原理：原理：节能节能第70页/共165页471特隆布墙第71页/共165页472第72页/共165

49、页473通通风风夹夹层层的的节节能能特特性性第73页/共165页474通风双层玻璃窗，内置百页呼吸式玻璃幕墙：第74页/共165页475a)外立面 b)通风换气层图4-29 双层通风玻璃幕墙3.降低通过玻璃门窗传入室内热量的措施双层通风玻璃幕墙双层通风玻璃幕墙 与通风窗之区别？第75页/共165页4764.半透明体围护结构负荷计算方法4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法扰量扰量得热得热得热得热扰量扰量负荷负荷 传导负荷传导负荷 日射负荷日射负荷 经过了什么部件被衰减和延迟了?第76页/共165页477负荷温差：负荷温

50、差：与什么因素有关？与什么因素有关？玻璃窗日射冷负荷玻璃窗日射冷负荷玻璃窗传导冷负荷玻璃窗传导冷负荷n,n 3.降低通过玻璃门窗传入室内热量的措施4.2房间冷负荷的形成及其计算方法概述半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法半透明体围护结构得热与负荷及其节能方法工程处理：日射负荷强度日射负荷强度=日射得热日射得热 日射负荷系数日射负荷系数 n,n 第77页/共165页478处理方式：太阳辐射中不考虑直射辐射。有阴影与无阴影混合作用：分别考虑，按面积计算各得热。阴影面积：可由几何关系求解。空调得热计算：按最不利最不利情况计算，不考虑不考虑因阴影面而引起的得热减少。3.降低通过玻璃门窗传入室内热量的