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第三章第三章

建筑热湿环境建筑热湿环境

第三章

建筑热湿环境

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建筑热湿环境建筑热湿环境

建筑环境中最重要的内容建筑环境中最重要的内容室内热湿环境形成的最主要原因外扰，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

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建筑热湿环境建筑热湿环境

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。

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 3

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建筑热湿环境建筑热湿环境

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。对流得热显热

得热潜热

辐射得热

围护结构热过程特点：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。

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建筑热湿环境建筑热湿环境

一.太阳辐射对建筑物的热作用

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建筑热湿环境建筑热湿环境

1.围护结构外表面所吸收的太阳辐射热非透明围护结构外表面所吸收的太阳辐射热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。

反射

吸收

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。

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建筑热湿环境建筑热湿环境

围护结构传导与热对流导热特性：tw

αwλ

12

λ——墙体导热系数，W/mK

w

nαn

tn

气体液体建筑材料 0.006~0.6 0.07~0.7 0.3~3.5 Air:~0.029×20 Water:~0.58×100钢筋混凝土:~1.5

金属 2.2~240建筑钢材

表面热对流特性： w、 n= f(v、 -t、热面形式)7

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建筑热湿环境建筑热湿环境吸(放)热—导热—放(吸)热

稳定传热量计算tout

αoutλ

1

W流体与壁面对流传热壁面与壁面辐射传热以外墙为例：以外墙为例： t 273 4 w 273 4 )] 12 qwr C12[( w ) ( q wc wc ( t w w )100 100

Nαin

tin

并联作用→表面换热

q w w ( w t w )

固体间导热传热并联作用→表面换热

w wc wr串联作用

q (t w tn ) q w q qn q

q n n (t n n )

n nc nr4-8

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建筑热湿环境建筑热湿环境 JGJ 26-95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/W/(m2·K)JGJ26-86民用建筑节能设计标准 JGJ24-86民用建筑热工设

计规程

北纬~40º

体形系数≤0.3

体形系数>0.3

北纬~45º北纬~60º

北纬~60º

体形系数——建筑物外表面积与其包围的体积之比

4-9 9

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建筑热湿环境建筑热湿环境

透明围护结构外表面所吸收的太阳辐射热

吸收

反射

透射

吸收率 +反射率 +透射率 =1 、 、τ——墙体表面反射率、吸收率、透射率

(τ=0:非透明体；<1:半透明体)10

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建筑热湿环境建筑热湿环境

透射率 ,%

可见光

近红外线

长波红外线

0.8

玻璃对辐射的选择性——普通玻璃的光谱透过率玻璃对波长具有选择性的透过特性：3 m以下波长几乎全部选择性透过特性透过，但却能阻隔3 m以上的长波红外线辐射——温室效应 11

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建筑热湿环境建筑热湿环境

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低透low-e玻璃12

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建筑热湿环境建筑热湿环境

反射率

透射率

low- e玻璃的透光选择性一层low-e玻璃+一层普通玻璃

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建筑热湿环境建筑热湿环境

玻璃在界面上的反射、透过特性和内部的吸收特性：反射透过特性 r——界面的反射百分比，a0——单程吸收百分比，界面反射百分比吸收百分比 (1 a0 ) 2 (1 r ) 2 r 1 1 r 2 (1 a0 ) 2

a0 (1 r ) a 1 r (1 a0 )

玻璃的吸收百分比a0:

(1 a0 )(1 r ) 2 ) a0 1 exp( KL 1 r 2 (1 a0 )2 4-14

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建筑热湿环境建筑热湿环境

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。 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。

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建筑热湿环境建筑热湿环境

空气

反射百分比：

r

Iρ I

f ( i1, i 2 ),

sin i n sin i ' n0

a0 1 exp( KL)行程玻璃/太阳下标准玻璃 K≈0.045吸收百分比： f (入射角 i1,折射指数 n2,消光系数)

消光系数

a0

r

4-16

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建筑热湿环境建筑热湿环境

2.室外+空气综室外空气温度合温度 Solar-air Temper大气长波辐射 ature

tw

td(I)

=

tz

当量空气温度室外空气综合温度太阳直射辐射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

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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。aI

60℃!

35℃!

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：t z t air

out

out

QL

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 z t air

aI

out

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建筑热湿环境建筑热湿环境

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：

QLw w[( xsky xg g )T x T x T]4 w 4 sky sky 4 g g g

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二.建筑围护结构的热湿传递与得热

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建筑热湿环境建筑热湿环境

外表面对流换热

外表面日射通过墙体导热

通过非透明围护结构的热传导通过围护结构的显热得热

两种方式机理不同通过玻璃窗的得热21