《热湿环境》PPT课件.ppt

1 第3章建筑热湿环境 2 2 内容提要 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建筑围护结构的热湿传递与得热 3 第二节通过围护结构的显热 得热 通过非透光围护结构的显热得热 非透光围护结构显热得热 热平衡表达式 得热的定义与表述 通过非透光围护结构的得热与实际热量的差别 5 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 热平衡表达式 1 热量来源 6 热平衡表达式 2 条件分析 1 主要分析对象 外扰通过围护结构对围护结构温度分布的影响 进而得出围护结构内表面传到室内空气的热量 当同一空间的各内表面之间温差不大的情况下 室内各表面之间的长波辐射可忽略 存在较大温差时室内各表面之间的长波辐射不可忽略 内表面温度是导热 对流 辐射和蓄热综合作用的结果 7 3 通过非透光围护结构实际传入室内的热量 非均质板壁的一维不稳定导热过程 边界条件 t x 0 f x 内表面长波辐射 内表面受到短波辐射 该式描述了围护结构内表面传到室内空气的热量 8 4 通过非透光围护结构热传导的求解 利用室外空气综合温度简化外边界条件 实际通过围护结构传入室内的热量为 第一个边界条件 第二个边界条件 9 通过非透光围护结构实际传入室内的热量 通过非透光围护结构的得热 得热的定义与表述 1 通过室外条件与室内扰动共同作用 2 整个房间各非透光围护内表面的相互作用 3 存在 1 通过室外条件与室内扰动共同作用 2 整个房间各非透光围护内表面没有相互作用 3 0 10 得热的定义与表述 通过非透明围护结构的得热 1 气象和室内气温对板壁传热量的影响比较确定 容易求得2 内表面辐射对传热量的影响较复杂 涉及角系数和各表面温度 11 通过透光围护结构的传热过程 12 1 通过透光围护结构的传热量 得热与玻璃窗的种类及其热工性能有重要的关系 室内侧换热系数不仅包含对流换热部分 还包括长波辐射部分 热交换形式 导热 因玻璃薄 导热系数大 惰性小 传热近似按稳态传热计算 13 玻璃窗的种类与热工性能 窗框型材有木框 铝合金框 铝合金断热框 塑钢框 断热塑钢框等玻璃层数有单玻 双玻 三玻等玻璃层间可充空气 氮 氩 氪等或有真空夹层玻璃类别有普通透明玻璃 有色玻璃 低辐射 Low e 玻璃等玻璃表面可以有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 14 我国民用建筑 常用 铝合金框或塑钢框配单层或双层普通透明玻璃 双层玻璃间为空气夹层北方地区 多装有两层单玻窗 商用建筑 采用有色玻璃或反射镀膜玻璃 发达国家寒冷地区的住宅 多装有充惰性气体的双玻窗商用建筑 多采用高绝热性能的low e玻璃窗 15 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 16 2 通过透光围护结构的太阳辐射得热 照到窗玻璃表面的阳光 17 1 透过单位面积玻璃的太阳辐射得热 2 玻璃吸收太阳辐射造成的房间得热 原理 玻璃吸热后会向内 外两侧散热成立的条件 内外两侧玻璃表面与空气温差相等总得热 HGwind sol HGglass HGglass a SSG SSG SSGDi SSGdif 18 3 标准太阳得热量SSG StandardSolarheatGain 以某种类型和厚度的玻璃作为标准透光材料 其在无遮挡条件下的太阳得热量 19 4 修正 遮阳的影响 现有遮阳方式内遮阳 普通窗帘 百页窗帘外遮阳 挑檐 可调控百页 遮阳蓬窗玻璃间遮阳 夹在双层玻璃间的百页窗帘 百页可调控我国目前常见遮阳方式内遮阳 窗帘外遮阳 屋檐 遮雨檐 遮阳蓬 20 外遮阳 21 外遮阳和内遮阳有何区别 外遮阳 只有透过和吸收中的一部分成为得热 内遮阳 遮阳设施吸收和透过部分全部为得热 22 遮阳设施的遮阳系数 通过透光围护结构的太阳辐射得热 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 23 通过透光外围护结构的得热量 通过透光外围护结构的传热得热量 通过透光外围护结构的太阳辐射得热量 24 第三节通过围护结构的湿传递 25 通过围护结构的湿传递 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 s m2 一般情况 忽略透过围护结构的水蒸气 恒温恒湿或低温环境 考虑通过围护结构的水蒸气渗透 湿传递 当围护结构两侧空气的水蒸气分压力不相等时 水蒸气将从分压力的高侧向低侧转移 式中Kv 水蒸汽渗透系数 kg N s 或s m Pout Pin 围护结构两侧水蒸汽的分压力差 Pa 26 围护结构内部水蒸气凝结或冻结现象当围护结构内任一断面上的水蒸气分压力 该断面温度所对应的饱和水蒸气分压力 在此断面会有水蒸气凝结 当该断面温度 零度 出现冻结现象 后果导致围护结构传热系数增大 加大围护结构传热量 加速围护结构的损坏 预防措施围护结构尽量采用外保温层 内保温时应设置隔汽层 27 饱和水蒸汽分压力 温度 实际水蒸汽分压力 围护结构尽量采用外保温层 内保温时应设置隔汽层 28 一 室内产热产湿量 室内热湿源 3以其他形式进入室内的热量和湿量 29 室内显热热源包括照明 电器设备 人员显热热源散热的形式辐射 进入墙体内表面 空调辐射板 透过玻璃窗到室外 其它室内物体表面 家具 人体等 对流 直接进入空气 显热热源辐射散热的波长特征可见光和近红外线 灯具 高温热源 电炉等 长波辐射 人体 常温设备 30 二 空气渗透带来的得热 31 32 由于空气渗透带来的得热 式中hout 室外空气的比焓 hin 室内空气的比焓 空气密度 由渗透空气带来的显热得热 通过室内外的空气温差求得由渗透空气带来的湿量 通过室内外的空气含湿量差求得 33 4冷负荷与热负荷Coolingload Heatingload 34 按性质不同分 一 负荷的定义 1 得热量 2 热负荷 3 冷负荷 35 得热 二 负荷与得热的关系 1 得热与瞬时冷负荷的关系 显热得热 潜热得热 直接进入空气 成为瞬时冷负荷 为了维持一定的室内热湿环境而需要瞬时除去的热量 冷负荷 得热 冷负荷 得热 辐射得热部分先传到各内表面 再以对流形式进入空气 负荷与得热在时间上存在延迟 冷负荷与得热有关 但并不等于得热 滞后冷负荷 36 通过围护结构导热进入室内的得热 渗透空气得热 潜热得热 室内热源散发的显热 37 2 举例说明 1 照明得热和实际冷负荷之间的关系 得热量转化为冷负荷过程中存在衰减和延迟现象 由围护结构热工特性和家俱等的蓄热能力决定 辐射的存在是延迟和衰减的根源 38 2 负荷的大小与去除或补充热量的方式有关 39 在室内空气参数相同的情况下 采用辐射板空调的负荷比送风空调负荷大还是小 40 2 冷辐射板系统的冷负荷可能高于常规送风空调系统的冷负荷 还因为外围护结构内表面温度会因此而降低 导致通过围护结构传入室内的热量增加 1 冷辐射板空调需要去除的热量除了进入到空气中的得热量外 还包括部分贮存在热表面上的得热量 常规的送风方式空调需要去除的是进入到空气中的得热量 41 第五节典型负荷计算方法原理介绍 目的 使负荷计算能够在工程应用中实施 不考虑建筑蓄热 负荷预测值偏大 42 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 计算机模拟软件DOE 2 美国 HASP 日本 ESP 英国 DeST 清华 43 一 稳态计算法 方法采用室内外瞬时温差或平均温差 负荷与以往时刻的传热状况无关 Q KF T特点简单 可手工计算未考虑围护结构的蓄热性能 计算误差偏大应用条件蓄热小的轻型简易围护结构室内外温差平均值远远大于室内外温度的波动值 44 稳态算法举例 北京室外气温和室内控制温度比较 1 计算蓄热性能不强的轻型 简易围护结构的传热过程且缺乏参考数据时 逐时室内外温差 传热系数 传热面积 2 室内外温差的平均值 室内外温差的波动值时 采用平均温差计算 45 式中t0 冬季室外设计温度 对空调系统为每年不保证1d 采暖系统每年不保证5d的最低日平均温度 tin 冬季室内设计温度 我国北方冬季采暖负荷 用日平均温差的稳态计算法计算 缺点 计算结果偏大 围护结构蓄热性能愈好误差愈大 设备投资浪费 夏季冷负荷的计算与冬季相同吗 46 二 动态计算法 积分变换法 对于常系数的线性偏微分方程 采用积分变换如傅立叶变换或拉普拉斯变换 积分变换的概念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 47 如果输入原函数是指数函数 则不需变换直接输入 即可求得解的原函数 传递函数G s 仅由系统本身的特性决定 而与输入量 输出量无关 因此建筑的材料和形式一旦确定 就可求得其围护结构的传递函数 积分变换法原理 48 应用条件 对于普通材料的围护结构的传热过程 在其一般温度变化的范围内 材料的物性参数变化不大 可近似看作是常数 可采用拉普拉斯变换法来求解 两种基于积分变换的负荷计算法 函数均采用拉普拉斯变换 边界条件的处理方法不同对边界条件进行时间序列离散 1 反应系数法对边界条件进行傅立叶级数分解 2 谐波反应法 49 1 反应系数法 冷负荷系数法 原理 任何连续曲线均可离散为脉冲波之和 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 室内负荷 对应离散系统 拉普拉斯变换转化为Z变换 设备使用1小时的室内负荷响应 得热 Q t 输入干扰负荷 CLQ t 响应 反应系数法 50 设备使用10小时的室内负荷响应 反应系数的大小即反应了某一项因素对某时刻负荷大小的影响程度 反应系数为0 1 相当于影响为0 100 内外扰的处理围护结构传热采用冷负荷温度日射冷负荷采用冷负荷系数内扰采用冷负荷系数 51 a 围护结构传热冷负荷基本计算式Qcl KF tcl tin tcl 为冷负荷温度逐时值 与围护结构类型 气象条件 朝向有关 tcl 反映了室外空气温度 阳光辐射 建筑物蓄热等因素