.,第二章空調負荷計算與送風量,.,主要內容,第一節室內外空氣計算參數,1,第二節太陽輻射熱對建筑物的熱作用,2,3,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,第四節室內熱源、濕源的散熱散濕形成的冷負荷與濕負荷,4,第五節空調房間送風量的確定,5,.,第二章空調負荷計算與送風量,空調房間冷(熱)，濕負荷是確定空調系統送風量和空調設備容量的基本依據。在室內外熱、濕擾量作用下，某一時刻進入一個恒溫恒濕房間內的總熱量和濕量稱為在該時刻的得熱量和得濕量。當得熱量為負值時稱為耗(失)熱量。在某一時刻為保持房間恒溫恒濕，需向房間供應的冷量稱為冷負荷，相反，為補償房間失熱而需向房間供應的熱量稱為熱負荷；為維持室內相對濕度所需由房間除去或增加的濕量稱為濕負荷。得熱量通常包括以下幾方面：1由于太陽輻射進入的熱量和室內外空氣溫差經圍護結構傳入的熱量；2人體、照明設備、各種工藝設備及電氣設備散入房間的熱量。得濕量主要為人體散濕量和工藝過程與工藝設備散出的濕量。房間冷(熱)，濕負荷量的計算必須以室外氣象參數和室內要求維持的氣象條件為依據。,.,第一節室內外空氣計算參數,.,空調室內設計參數包括的內容,空調房間室內溫濕度標準的描述方法：溫濕度基數空調精度。室內溫濕度基數是指空調區域內所要保持的空氣基準溫度和基準相對濕度；空調精度是指在要求的空調區域內和要求的持續時間內，空氣溫度或相對濕度允許偏離室內溫濕度基數的最大值。例如，tn=200.5，n=505%。,一、室內空氣計算參數,第一節室內外空氣計算參數,.,人體靠攝取食物以獲得能量維持生命，能量最終以熱量的形式散發到體外。為保持體溫恒定，必須使產熱和散熱保持平衡，人體熱平衡可用下式表示：S=M-W-E-R-CS：人體蓄熱率M：人體能量代謝率W：人體所作機械功E：汗液蒸發和呼出的水蒸汽所帶走的熱量R：穿衣人體外表面與周圍表面之間的輻射換熱量C：穿衣人體外表面與周圍表面之間的對流換熱量S=f（M，tn，n，tr，vn，Icl）S0體溫上升,S0體溫下降，S=0熱平衡,1、人體熱平衡,（一）人體熱平衡和熱舒適感,第一節室內外空氣計算參數,.,第一節室內外空氣計算參數,.,研究方法：心理學定義：人對周圍環境“冷”“熱”的主觀描述。特點：盡管人描述環境的冷熱，實際上只能感覺到自己皮膚下神經末梢的溫度。所以“冷”“熱”與感受者的身體狀態有關，不是完全客觀的。“中性”的定義：不冷不熱，人用于體溫調節消耗的能量最小。,什么是熱舒適?,觀點1：舒適中性,?,觀點2：舒適中性,舒適產生于不適的消除過程中。“舒適”比“中性”更主觀。,Cool&Comfort!,第一節室內外空氣計算參數,.,20世紀初發現人的皮膚上存在對冷敏感的區域“冷點”和對熱敏感的區域“熱點”人體各部位的冷點數目明顯多于熱點為什么人對冷更敏感？,50mV,第一節室內外空氣計算參數,人體的溫度感受系統,.,第一節室內外空氣計算參數,.,什么是熱舒適？“對熱環境感到滿意的心理狀態”Fanger教授提出熱舒適的三個條件：1）人體必須處于熱平衡狀態，以便使人體對環境的散熱量等于人體的體內產熱量，并且蓄熱量為零，即：M-W-C-R-E=0（S=0）2）皮膚平均溫度必須具有與舒適相適應的水平3）人體應具有最佳排汗率,2、熱舒適感,第一節室內外空氣計算參數,.,熱感覺的測量：問卷調查,第一節室內外空氣計算參數,.,熱感覺投票和熱舒適投票,第一節室內外空氣計算參數,.,分度方法和TSV基本一致,PMV指標的7級分度,第一節室內外空氣計算參數,.,在曼谷、新加坡、Athens、布里斯班做的3200組非空調環境的測試結果：PMV與實際TSV的偏差。,第一節室內外空氣計算參數,.,熱感覺的適應性,第一節室內外空氣計算參數,.,產熱熱量消耗,人體蓄熱,能量代謝M、對外做功W、與環境的顯熱換熱和潛熱交換E,對流散熱C輻射散熱R,皮膚散濕呼吸散濕,人體與環境的熱交換,人體熱舒適條件：,第一節室內外空氣計算參數,.,人體與外界的輻射換熱方程,長波輻射,0.80.40.7,0.780.720.7,人體對長波輻射的發射率和吸收率在0.95左右,對太陽輻射的吸收,第一節室內外空氣計算參數,.,由于人的舒適感共四個環境影響因素和四個人為因素，因此不能用一個單一的物理量來表示環境是否處于熱舒適狀態。有效溫度就結合干球溫度、濕球溫度和空氣流速的效應來反映冷熱感覺的。,3、有效溫度圖和ASHRAE舒適區,第一節室內外空氣計算參數,.,人體活動量,年齡,性別,第一節室內外空氣計算參數,.,1919開始研究，1967前的ASHRAE手冊采用有效溫度ET定義：“這是一個將干球溫度、濕度、空氣流速對人體溫暖感或冷感的影響綜合成一個單一數值的任意指標。它在數值上等于產生相同感覺的靜止飽和空氣的溫度。”對于正常穿著：ET=0.492Ta+0.19Pa+6.47對于半裸者:(二式條件均為va0.15m/s)ET=(0.944Ta+0.056Twb)/1+0.22(Ta-Twb)缺點：低溫條件下濕度的影響不準確,(1)有效溫度ET,第一節室內外空氣計算參數,.,有效溫度ET諾謨圖,普通衣著，坐姿輕勞動條件。,第一節室內外空氣計算參數,.,(2)新有效溫度ET*(Gagge),ASHRAE標準55-74，ASHREA手冊1977版參考空氣環境：身著0.6clo服裝靜坐，空氣流速0.15m/s，相對濕度50，干球溫度T0如果同樣服裝和活動的人在某環境中的冷熱感與上述參考空氣環境中的冷熱感相同，則此環境的ET*T0該指標只適用于著裝輕薄、活動量小、風速低的環境。,(3)標準有效溫度SET*,SET*=24,22.5，100,24，50%SET*20,第一節室內外空氣計算參數,.,在同一條有效溫度線上具有相同的熱感覺有效溫度線與50相對濕度線的交點上標注著等效溫度的數值，在該點等效溫度與干球溫度相等例如，通過t25，50的兩線的交點的虛線即為25等效溫度線。,第一節室內外空氣計算參數,.,在同樣的熱環境條件下，人與人的熱感覺也會有所不同，因此，應該采用平均熱感覺指標的概念，而預測的平均熱感覺指標常常簡稱為PMV。可以合理的設想，人不舒適的程度愈大，由舒適狀態偏離調節機制的熱負荷越大。一定活動水平的熱感覺是人體熱負荷的函數，表明一個人的體內熱平衡和對所處環境的熱損失之間的差異，Fanger收集了1396名美國和丹麥受試者的冷熱感覺資料，得出PMV的計算式。PMV是由舒適方程得到的一個熱感覺值數，體現了四種熱環境變量的一定組合、活動水平和著裝對平均熱感覺的影響的預測。PMV指標只代表了同一環境下絕大多數人的感覺，不能代表所有個人的感覺。PMV的計算是完全客觀的，但指標的含義卻是由主觀感覺統計確定的。,預測平均評價PMV,第一節室內外空氣計算參數,.,在同樣熱環境條件下，人與人之間的熱感覺會存在差異，而人與人對熱環境的反應的差異除了熱感覺的不同之外，還表現在對環境滿意與否的差異。因此，Fanger又提出預測不滿意百分數來表示人群對熱環境不滿意的情況，預測平均不滿意百分數常常簡寫為PPD（PredictedPercentDissatisfied）。,PPD是通過概率分析確定某環境條件下人群不滿意的百分數PPD10095exp(0.03353PMV4+0.2179PMV2),即便達到PMV0，仍然有5的人不滿意。,預測平均不滿意百分數PPD,第一節室內外空氣計算參數,.,（二）室內空氣溫濕度計算參數,室內溫濕度設計參數的確定，除了要考慮室內參數綜合作用下的舒適條件外，還應依據室外氣溫、經濟條件和節能要求進行綜合考慮。1、舒適性空調夏季：2428，4065%，0.3m/s冬季：1822，4060%，0.2m/s2、工藝性空調降溫性空調：有范圍，無精度恒溫恒濕空調：對基數和精度都有嚴格要求凈化空調：溫濕度有一定要求，空氣含塵大小和數量有要求,第一節室內外空氣計算參數,.,內外擾量,第一節室內外空氣計算參數,.,1、目的確定圍護結構傳熱負荷；確定新風處理負荷。2、室外空氣溫濕度的變化規律a、氣溫的日變化、季節變化和年分布(氣象包絡線)b、濕度的變化3、夏季空調室外空氣計算參數a、夏季空調室外計算干、濕球溫度確定新風狀態b、夏季空調室外計算日平均溫度和逐時溫度計算傳熱負荷4、冬季空調室外空氣計算參數溫度：采用歷年平均不保證1天的日平均溫度；相對濕度：采用累年最冷月平均相對濕度。,第一節室內外空氣計算參數,二、室外空氣計算參數,.,室外空氣計算參數,室外空氣溫度在一晝夜內的波動稱為氣溫的日變化（或日較差）。氣溫一般在凌晨45點鐘最低,隨著太陽的逐漸升高，地面獲得的太陽輻射熱量逐漸增多，到下午23點鐘，達到全天的最高值。在一段時間（比如一個月）內，可以認為氣溫的日變化是以24小時為周期的周期性波動。,第一節室內外空氣計算參數,.,第一節室內外空氣計算參數,.,第一節室內外空氣計算參數,.,說明：,第一節室內外空氣計算參數,.,夏季空調室外計算干、濕球溫度,夏季空凋室外計算干球溫度應采用歷年平均不保證50小時的干球溫度，夏季空調室外計算濕球溫度應采用歷年平均不保證50小時的濕球溫度。,第一節室內外空氣計算參數,.,夏季空調室外計算日平均溫度和逐時溫度,規范規定：夏季室調室外計算日平均溫度，應采用歷年平均每年不保證5天的日平均溫度。,第一節室內外空氣計算參數,.,冬季空調室外計算干、濕球溫度,冬季空調室外計算溫度應采用歷年平均不保證1天的日平均溫度,冬季室外計算不必給出濕球溫度，只給出相對濕度值,冬季空調室外計算相對濕度應采用累年最冷月平均相對濕度,考慮到圍護結構的熱慣性，冬季室外溫度經圍護結構衰減后，其波動值遠遠小于室內外溫差，為了便于計算，圍護結構的傳熱可采用穩定傳熱方法計算。這樣，可以只給出一個冬季室外計算干球溫度來計算新風負荷和圍護結構傳熱量。,第一節室內外空氣計算參數,.,一、太陽輻射熱的基本知識,太陽輻射能的去向,第二節太陽輻射熱對建筑物的熱作用,.,第二節太陽輻射熱對建筑物的熱作用,.,海陸風和山谷風,.,（一）地球對太陽的相對位置,0,0,+23.5,-23.5,赤緯d,北回歸線,南回歸線,第二節太陽輻射熱對建筑物的熱作用,.,太陽輻射熱量的大小用輻射強度I來表示，它是指一平方米黑體表面在太陽照射下所獲得的熱量值，W/m2。當太陽輻射線到達大氣層時，其中一部分輻射熱被大氣層中的臭氧、水蒸氣、二氧化碳等吸收；另一部分被云層中的塵埃、冰晶等反射或折射，形成無方向的散射輻射；未被吸收和散射部分則透過形成直射輻射。故而，到達地面的太陽輻射=直射+散射，直射有方向性，散射無方向性。,（二）太陽輻射強度,地面上太陽輻射強度的影響因數赤道緯度（）太陽赤緯（d）時角（h）太陽高度角（）太陽方位角（A）,第二節太陽輻射熱對建筑物的熱作用,.,（三）建筑物外表面所受到的太陽輻射強度,（1）直射輻射水平面上的直射強度：,垂直面上的直射強度：,（2）散射輻射水平面上的散射輻射：,垂直面上的散射輻射：,（3）太陽總輻射強度水平面總輻射強度：,垂直面總輻射強度：,（4）圍護結構外表面所吸收的太陽輻射熱,第二節太陽輻射熱對建筑物的熱作用,.,二、室外空氣綜合溫度Solar-airTemperature,建筑物外表面單位面積上得到的熱量為：,為綜合溫度,第二節太陽輻射熱對建筑物的熱作用,.,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,一、概述,（一）得熱量和冷負荷的基本概念得熱量(HeatGainHG)：是指在某一時刻由室外和室內熱源散入房間的熱量總和；瞬時冷負荷：是指為了維持室溫恒定，空調設備在單位時間內必須自室內取走的熱量，也即在單位時間內必須向室內空氣提供的冷量。除熱量：當空調系統間歇使用時，室溫有一定的波動，引起圍護結構額外的蓄熱和放熱，結果使得空調設備要自室內多取走一些熱量。這種在非穩定工況下空調設備自室內帶走的熱量稱為除熱量。,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,得熱量=潛熱+顯熱（對流熱）+顯熱（輻射熱）瞬時冷負荷=潛熱+顯熱（對流熱）+顯熱（輻射熱）（圍護結構）蓄熱能力（熱容量）冷負荷衰減延遲時間熱容量重型結構,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,AirConditioning-Chapter2,.,（二）得熱量與冷負荷的關系,冷負荷與得熱有關，但不一定相等決定因素空調形式送風：負荷對流部分輻射：負荷對流部分輻射部分熱源特性：對流與輻射的比例是多少？圍護結構熱工性能：蓄熱能力如何？如果內表面完全絕熱呢？房間的構造（角系數）注意：輻射的存在是延遲和衰減的根源！,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,得熱與冷負荷的關系,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,（三）房間空氣的熱平衡關系,排除的對流熱空氣的顯熱增值室內熱源對流得熱壁面對流得熱滲透得熱,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,室內熱源對流得熱,室內熱源得熱室內熱源對流得熱熱源向空調輻射板的輻射熱源向壁面的輻射,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,壁面對流得熱,通過圍護結構的導熱得熱本壁面獲得的通過玻璃窗的日射得熱壁面對流得熱本壁面向空調輻射設備的輻射本壁面向其他壁面的長波輻射本壁面向熱源的輻射,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,房間的總冷負荷,房間的各種得熱,空氣的顯熱增值,內表面輻射導致的傳熱量差值,房間空氣熱平衡的數學表達式,對輻射項進行了線性化而導出,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,（四）計算方法綜述,1.典型負荷計算方法原理介紹,2.常用的負荷求解法,第三類邊界條件：,太難求解了！,1.典型負荷計算方法原理介紹,非均勻板壁的不穩定傳熱:,其中內表面長波輻射：,.,目的：使負荷計算能夠在工程應用中實施發展：由不區分得熱和冷負荷發展到考慮二者的區別,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,2.1穩態算法當量溫差法、諧波分解法:不考慮建筑蓄熱，負荷預測值偏大2.2動態算法，積分變換求解微分方程2.2.1.諧波反應法2.2.2.冷負荷系數法,2.常用的負荷求解法,動態法的應用假設1、傳熱過程為一維非穩定過程，原理上都對得熱、冷負荷、除熱量加以區別2、將傳熱過程看作常系數線性熱力系統，其重要特征是：可以疊加，當受多種擾量時，輸出響應等于各自響應之和；系統特性不受時間變化。,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,2.1穩態算法,方法采用室內外瞬時溫差或平均溫差，負荷與以往時刻的傳熱狀況無關：QKFT特點簡單，可手工計算未考慮圍護結構的蓄熱性能，計算誤差偏大應用條件蓄熱小的輕型簡易圍護結構室內外溫差平均值遠遠大于室內外溫度的波動值,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,2.2動態算法,對于常系數的線性偏微分方程，采用積分變換如傅立葉變換或拉普拉斯變換。積分變換的概念是把函數從一個域中移到另一個域中，在這個新的域中，函數呈現較簡單的形式，因此可以求出解析解。然后再對求得的變換后的方程解進行逆變換，獲得最終的解。,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,諧波反應法,（一）通過墻體、屋頂的得熱量及其形成的冷負荷定義圍護結構外側綜合溫度的波幅與內表面溫度波幅的比值為該墻體的傳熱衰減度；內表面溫度波對外側綜合溫度的相應滯后為該墻體的傳熱延遲時間。定義進入房間的輻射得熱與室內冷負荷波幅的比值為房間的放熱衰減度；室內冷負荷對輻射得熱的相位滯后為該房間的放熱延遲。,1、綜合溫度作用下經圍護結構傳入熱量,非透明圍護結構外表面所吸收的太陽輻射熱,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,2、房間冷負荷,（1）對流得熱形成的冷負荷,（2）輻射得熱形成的冷負荷、輻射得熱的穩定部分形成的冷負荷,、輻射得熱的不穩定部分形成的冷負荷,（3）總冷負荷,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,太陽輻射在玻璃中傳遞過程,陽光照射到單層半透明薄層時，半透明薄層對于太陽輻射的總反射率、吸收率和透過率是陽光在半透明薄層內進行反射、吸收和透過的無窮次反復之后的無窮多項之和。,陽光照射到雙層半透明薄層時，還要考慮兩層半透明薄層之間的無窮次反射，以及再對反射輻射的透過。,（二）通過窗戶的得熱量及其形成的冷負荷,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,1、瞬變傳導得熱和冷負荷,2、日射得熱和冷負荷對于厚度為3mm的普通平板玻璃（標準玻璃），在特定的內外表面放熱系數條件下，得出我國40個城市夏季九個不同朝向的單位面積日射得熱量，稱之為日射得熱因數Dj（=qt+qa）。當把日射得熱因數用實用調和分析整理成諧波形式后，日射得熱可表示為：,相應的冷負荷為：,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,玻璃窗的種類與熱工性能,我國民用建筑最常見的是鋁合金框或塑鋼框配單層或雙層普通透明玻璃，雙層玻璃間為空氣夾層，北方地區很多建筑裝有兩層單玻窗。商用建筑有采用有色玻璃或反射鍍膜玻璃。發達國家寒冷地區的住宅則多裝有充惰性氣體的雙玻窗商用建筑多采用高絕熱性能的low-e玻璃窗。,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,玻璃窗的種類與熱工性能,無色玻璃表面覆蓋無色low-e涂層，可使這種窗的遮檔系數Cs低于0.3,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,不同結構的窗有著不同的熱工性能U即傳熱系數Kglass氣體夾層和玻璃本身均有熱容，但較墻體小。,太陽輻射在玻璃中傳遞過程,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,遮陽方式,現有遮陽方式內遮陽：普通窗簾、百頁窗簾外遮陽：挑檐、可調控百頁、遮陽蓬窗玻璃間遮陽：夾在雙層玻璃間的百頁窗簾，百頁可調控我國目前常見遮陽方式內遮陽：窗簾外遮陽：屋檐、遮雨檐、遮陽蓬,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,外遮陽和內遮陽有何區別?,外遮陽：只有透過和吸收中的一部分成為得熱,內遮陽：遮陽設施吸收和透過部分全部為得熱,對流,透過,反射,反射,對流,透過,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,通風雙層玻璃窗，內置百頁,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,內百頁,無通風,有通風,.,（1）窗戶瞬變傳導得熱形成的冷負荷,2、窗戶,（三）諧波法的工程簡化計算方法,1、外墻和屋頂,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,可利用對標準玻璃的得熱SSGDi和SSGdif進行修正來獲得簡化計算結果：,實際照射面積比,玻璃的遮擋系數,遮陽設施的遮陽系數,窗的有效面積系數,（2）窗戶日射得熱形成的冷負荷,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,四.模擬分析軟件,GATE，60年代末，美國，穩態計算現在美國：DOE-2、BLAST、EnergyPlus、NBSLD英國：ESP日本：HASP中國：DeST,第三節通過圍護結構的得熱量及其形成的冷負荷,.,室內熱源包括工藝設備散熱、照明散熱及人體散熱。室內熱源散熱包括顯熱和潛熱，顯熱散熱中對流熱成為瞬時冷負荷，而輻射熱部分則先被圍護結構表面所吸收，然后再逐漸散出，形成冷負荷；潛熱散熱即成為冷負荷。,第四節室內熱源、濕源的散熱散濕形成的冷負荷與濕負荷,.,室內顯熱熱源包括照明、電器設備、人員顯熱熱源散熱的形式輻射：進入墻體內表面、空調輻射板、透過玻璃窗到室外、其它室內物體表面（家具、人體等）；對流：直接進入空氣。顯熱熱源輻射散熱的波長特征可見光和近紅外線：燈具、高溫熱源（電爐等）長波輻射：人體、常溫設備,第四節室內熱源、濕源的散熱散濕形成的冷負荷與濕負荷,.,室內濕源包括人員、水面、產濕設備散濕形式：直接進入空氣得熱往往考慮圍護結構和家具的蓄熱，“得濕”一般不考慮“蓄濕”濕源與空氣進行質交換同時一般伴隨顯熱交換有熱源濕表面：水分被加熱蒸發，向空氣加入了顯熱和潛熱，顯熱交換量取決于水表面積無熱源濕表面：等焓過程，室內空氣的顯熱轉化為潛熱蒸汽源：可僅考慮潛熱交換,第四節室內熱源、濕源的散熱散濕形成的冷負荷與濕負荷,.,一、室內熱源散熱量（一）工藝設備散熱1、電動設備,2、電熱設備,3、電子設備（二）照明得熱白熾燈：Q=1000N；熒光燈：Q=1000n1n2N（三）人體散熱與散濕Q=qnn,W=wnn,第四節室內熱源、濕源的散熱散濕形成的冷