1、第四章 建筑熱濕環(huán)境建筑技術(shù)科學(xué)系2001年1建筑熱濕環(huán)境是如何形成的? 是建筑環(huán)境中最重要的內(nèi)容 主要成因是外擾和內(nèi)擾的影響和建筑本身的熱工性能 外擾：室外氣候參數(shù)，鄰室的空氣溫濕度 內(nèi)擾：室內(nèi)設(shè)備、照明、人員等室內(nèi) 熱濕源2基本概念 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱作用過(guò)程：無(wú)論是通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱傳濕還是室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕，其作用形式包括對(duì)流換熱（對(duì)流質(zhì)交換）、導(dǎo)熱（水蒸汽滲透）和輻射三種形式。對(duì)流換熱(對(duì)流質(zhì)交換)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱傳濕室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕輻射導(dǎo)熱(水蒸汽滲透)3基本概念 得熱(Heat Gain HG)：某時(shí)刻在內(nèi)外擾作用下進(jìn)入房間的總熱量叫做該時(shí)刻的得熱。如果得熱0，意味著房間失去熱量。 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱過(guò)程特

2、點(diǎn)：由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱慣性的存在，通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱量與外擾之間存在著衰減和延遲的關(guān)系。得熱潛熱顯熱輻射得熱對(duì)流得熱4非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面所吸收的太陽(yáng)輻射熱不同的表面對(duì)輻射的波長(zhǎng)有選擇性，黑色表面對(duì)各種波長(zhǎng)的輻射幾乎都是全部吸收，而白色表面可以反射幾乎90的可見(jiàn)光。 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面越粗糙、顏色越深，吸收率就越高，反射率越低。 反射吸收5太陽(yáng)輻射在玻璃中傳遞過(guò)程 玻璃對(duì)輻射的選擇性 0.8可見(jiàn)光近紅外線長(zhǎng)波紅外線普通玻璃的光譜透過(guò)率6太陽(yáng)輻射在玻璃中傳遞過(guò)程 將具有低發(fā)射率、高紅外反射率的金屬（鋁、銅、銀、錫等），使用真空沉積技術(shù)，在玻璃表面沉積一層極薄的金屬涂層，這樣就制成了 Low-e (Low

3、-emissivity) 玻璃。對(duì)太陽(yáng)輻射有高透和低透不同性能。低透low-e玻璃7太陽(yáng)輻射在玻璃中傳遞過(guò)程玻璃的吸收百分比a0 :8太陽(yáng)輻射在玻璃中傳遞過(guò)程 陽(yáng)光照射到單層半透明薄層時(shí)，半透明薄層對(duì)于太陽(yáng)輻射的總反射率、吸收率和透過(guò)率是陽(yáng)光在半透明薄層內(nèi)進(jìn)行反射、吸收和透過(guò)的無(wú)窮次反復(fù)之后的無(wú)窮多項(xiàng)之和。9太陽(yáng)輻射在玻璃中傳遞過(guò)程 陽(yáng)光照射到雙層半透明薄層時(shí)，還要考慮兩層半透明薄層之間的無(wú)窮次反射，以及再對(duì)反射輻射的透過(guò)。 假定兩層材料的吸收百分比和反射百分比完全相同，兩層的吸收率相同嗎？ 10室外空氣綜合溫度太陽(yáng)直射輻射大氣長(zhǎng)波輻射太空散射輻射對(duì)流換熱地面反射輻射環(huán)境長(zhǎng)波輻射地面長(zhǎng)波輻射壁

4、體得熱1160！35！室外空氣綜合溫度 Solar-air Temperature考慮了太陽(yáng)輻射的作用對(duì)表面換熱量的增強(qiáng)，相當(dāng)于在室外氣溫上增加了一個(gè)太陽(yáng)輻射的等效溫度值。是為了計(jì)算方便推出的一個(gè)當(dāng)量的室外溫度。如果考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與天空和周?chē)矬w之間的長(zhǎng)波輻射： 如果忽略圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與天空和周?chē)矬w之間的長(zhǎng)波輻射： 12室外空氣綜合溫度Solar-air Temperature 人們常說(shuō)的太陽(yáng)下的“體感溫度”是什么？ 室外空氣綜合溫度與什么因素有關(guān)？ 高反射率鏡面外墻和紅磚外墻的室外空氣綜合溫度是否相同？ 請(qǐng)?jiān)囁阋幌率⑾奶?yáng)下的室外空氣綜合溫度比空氣溫度高多少？13 圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與環(huán)境

5、的長(zhǎng)波輻射換熱QL包括大氣長(zhǎng)波輻射以及來(lái)自地面和周?chē)ㄖ推渌矬w外表面的長(zhǎng)波輻射。如果僅考慮對(duì)天空的大氣長(zhǎng)波輻射和對(duì)地面的長(zhǎng)波輻射，則有： 白天有天空輻射嗎？ 試算一個(gè)夜間的室外空氣綜合溫度是多少？天空輻射（夜間輻射，有效輻射）14通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過(guò)非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)通過(guò)玻璃窗的得熱外表面對(duì)流換熱外表面日射通過(guò)墻體導(dǎo)熱兩種方式機(jī)理不同15通過(guò)非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)由于熱慣性存在，通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量和溫度的波動(dòng)幅度與外擾波動(dòng)幅度之間存在衰減和延遲的關(guān)系。衰減和滯后的程度取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱能力。16通過(guò)非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo) 非均質(zhì)板壁的一維不穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程：

6、 邊界條件： t (x,0 ) = f (x)其中內(nèi)表面長(zhǎng)波輻射： 17x=0 x=Qenv通過(guò)非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo) 利用室外空氣綜合溫度簡(jiǎn)化外邊界條件： 實(shí)際由內(nèi)表面?zhèn)魅胧覂?nèi)的熱量為： 這部分熱量將以對(duì)流換熱和長(zhǎng)波輻射的形式向室內(nèi)傳播。只有對(duì)流換熱部分直接進(jìn)入了空氣。18通過(guò)非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo) 板壁各層溫度隨室外溫度的變化19通過(guò)非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱 板壁內(nèi)表面溫度同時(shí)受室內(nèi)氣溫、室內(nèi)輻射熱源和其它表面的溫度影響 氣象和室內(nèi)氣溫對(duì)板壁傳熱量的影響比較確定，容易求得 內(nèi)表面輻射對(duì)傳熱量的影響較復(fù)雜，涉及角系數(shù)和各表面溫度20內(nèi)表面輻射如何影響板壁的傳熱？Qin=Qconv+Ql盡管Qin

7、增加了，但Qout 和Qcond卻是減少的。Tout,airQoutQcondQin=QconvTin,air21通過(guò)非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱 內(nèi)表面輻射導(dǎo)致的傳熱量差值 將內(nèi)邊界條件線性化，則可利用線性疊加壓力將氣象與室內(nèi)氣溫的影響與其它部分分離出來(lái)，稱作：“通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱”，HG t = t1 + t2 Qin (即前面的Qenv)和Qin(即HG)的差值為：氣象與室溫決定部分輻射造成的增量22通過(guò)玻璃板壁的傳熱透過(guò)玻璃的日射得熱通過(guò)玻璃窗的得熱通過(guò)玻璃窗的得熱 得熱與玻璃窗的種類(lèi)及其熱工性能有重要的關(guān)系。23玻璃窗的種類(lèi)與熱工性能 窗框型材有木框、鋁合金框、鋁合金斷熱框、塑鋼框、斷熱塑鋼

8、框等；玻璃層間可充空氣、氮、氬、氪等或有真空夾層；玻璃層數(shù)有單玻、雙玻、三玻等，玻璃類(lèi)別有普通透明玻璃、有色玻璃、低輻射(Low-e)玻璃等；玻璃表面可以有各種輻射阻隔性能的鍍膜，如反射膜、low-e膜、有色遮光膜等，或在兩層玻璃之間的空間中架一層對(duì)近紅外線高反射率的熱鏡膜。24玻璃窗的種類(lèi)與熱工性能 我國(guó) 民用建筑最常見(jiàn)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(qū)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(fā)達(dá)國(guó)家 寒冷地區(qū)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。25玻璃窗的種類(lèi)與熱工性能 不同結(jié)構(gòu)的

9、窗有著不同的熱工性能 U即傳熱系數(shù)Kglass 氣體夾層和玻璃本身均有熱容，但較墻體小。26 透過(guò)單位面積玻璃的太陽(yáng)輻射得熱： 玻璃吸收太陽(yáng)輻射造成的房間得熱： 注意：玻璃吸熱后會(huì)向內(nèi)、外兩側(cè)散熱 總得熱：HGsolarHGglass, + HGglass,a通過(guò)玻璃窗的得熱27通過(guò)玻璃窗的得熱 可利用對(duì)標(biāo)準(zhǔn)玻璃的得熱 SSGDi 和 SSGdif 進(jìn)行修正來(lái)獲得簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果：實(shí)際照射面積比玻璃的遮擋系數(shù)遮陽(yáng)設(shè)施的遮陽(yáng)系數(shù)窗的有效面積系數(shù)28玻璃窗的種類(lèi)與熱工性能 無(wú)色玻璃表面覆蓋無(wú)色 low-e 涂層，可使這種窗的遮檔系數(shù) Cs 低于0.3 29通過(guò)玻璃窗的長(zhǎng)波輻射?夜間除了通過(guò)玻璃窗的傳熱

10、以外，還有由于天空夜間輻射導(dǎo)致的散熱量采用 low-e 玻璃可減少夜間輻射散熱 通過(guò)玻璃窗的溫差傳熱量和天空長(zhǎng)波輻射的傳熱量可通過(guò)各層玻璃的熱平衡求得長(zhǎng)波輻射導(dǎo)熱和自然對(duì)流換熱長(zhǎng)波輻射室內(nèi)表面對(duì)玻璃的長(zhǎng)波輻射對(duì)流換熱30遮陽(yáng)方式 現(xiàn)有遮陽(yáng)方式 內(nèi)遮陽(yáng)：普通窗簾、百頁(yè)窗簾 外遮陽(yáng)：挑檐、可調(diào)控百頁(yè)、遮陽(yáng)蓬 窗玻璃間遮陽(yáng)：夾在雙層玻璃間的百頁(yè)窗簾，百頁(yè)可調(diào)控 我國(guó)目前常見(jiàn)遮陽(yáng)方式 內(nèi)遮陽(yáng)：窗簾 外遮陽(yáng)：屋檐、遮雨檐、遮陽(yáng)蓬31外遮陽(yáng)和內(nèi)遮陽(yáng)有何區(qū)別?外遮陽(yáng)：只有透過(guò)和吸收中的一部分成為得熱內(nèi)遮陽(yáng)：遮陽(yáng)設(shè)施吸收和透過(guò)部分全部為得熱對(duì)流透過(guò)反射反射對(duì)流透過(guò)32通風(fēng)雙層玻璃窗，內(nèi)置百頁(yè)33內(nèi)百頁(yè)無(wú)通風(fēng)有

11、通風(fēng)34通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的濕傳遞 濕傳遞的動(dòng)力是水蒸氣分壓力的差。墻體中水蒸氣的傳遞過(guò)程與墻體中的熱傳遞過(guò)程相類(lèi)似：w = Kv (Pout - Pin) kg/sm2水蒸汽滲透系數(shù)，kg/(Ns) 或 s/m：35實(shí)際水蒸汽分壓力飽和水蒸汽分壓力溫度通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的濕傳遞 當(dāng)墻體內(nèi)實(shí)際水蒸汽分壓力高于飽和水蒸汽分壓力時(shí)，就可能出現(xiàn)凝結(jié)或凍結(jié)，影響墻體保溫能力和強(qiáng)度。36 室內(nèi)顯熱熱源包括照明、電器設(shè)備、人員 顯熱熱源散熱的形式 輻射：進(jìn)入墻體內(nèi)表面、空調(diào)輻射板、透過(guò)玻璃窗到室外、其它室內(nèi)物體表面（家具、人體等）； 對(duì)流：直接進(jìn)入空氣。 顯熱熱源輻射散熱的波長(zhǎng)特征 可見(jiàn)光和近紅外線：燈具、高溫?zé)嵩矗?/p>

12、電爐等） 長(zhǎng)波輻射：人體、常溫設(shè)備 室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕37室內(nèi)產(chǎn)熱與產(chǎn)濕 室內(nèi)濕源包括人員、水面、產(chǎn)濕設(shè)備 散濕形式：直接進(jìn)入空氣 得熱往往考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)和家具的蓄熱，“得濕”一般不考慮“蓄濕” 濕源與空氣進(jìn)行質(zhì)交換同時(shí)一般伴隨顯熱交換 有熱源濕表面：水分被加熱蒸發(fā)，向空氣加入了顯熱和潛熱，顯熱交換量取決于水表面積 無(wú)熱源濕表面：等焓過(guò)程， 室內(nèi)空氣的顯熱轉(zhuǎn)化為潛熱 蒸汽源：可僅考慮潛熱交換38人體散熱散濕 見(jiàn)第五章！39空氣滲透帶來(lái)的得熱 夏季：室內(nèi)外溫差小，風(fēng)壓是主要?jiǎng)恿?冬季：室內(nèi)外溫差大，熱壓作用往往強(qiáng)于風(fēng)壓，造成底層房間熱負(fù)荷偏大。因此冬季冷風(fēng)滲透往往不可忽略。 理論求解方法：網(wǎng)絡(luò)平衡法，

13、數(shù)值求解流體網(wǎng)絡(luò)原理課程將介紹 參考文獻(xiàn)：朱穎心， 水力網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)不穩(wěn)定過(guò)程的算法，清華大學(xué)學(xué)報(bào), 1989年, 第5期 工程應(yīng)用：縫隙法、換氣次數(shù)法40網(wǎng)絡(luò)平衡法原理 節(jié)點(diǎn)平衡：AG0 回路壓力平衡：B P0 各支路和節(jié)點(diǎn)均編號(hào)。 網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣A元素 aij：由 i 點(diǎn)到 j點(diǎn)為1，反之為 -1，無(wú)關(guān)為0。 基本回路矩陣B元素 bij：由 j支路與 i 回路同向?yàn)?，反之為 -1，無(wú)關(guān)為0。41冷負(fù)荷與熱負(fù)荷 冷負(fù)荷： 維持一定室內(nèi)熱濕環(huán)境所需要的在單位時(shí)間內(nèi)從室內(nèi)除去的熱量，包括顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷兩部分。 如果把潛熱負(fù)荷表示為單位時(shí)間內(nèi)排除的水分，則又可稱作濕負(fù)荷。 熱負(fù)荷： 維持一定室內(nèi)熱

14、濕環(huán)境所需要的在單位時(shí)間內(nèi)向室內(nèi)加入的熱量，包括顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷兩部分。如果只控制室內(nèi)溫度，則熱負(fù)荷就只包括顯熱負(fù)荷。42負(fù)荷的大小與去除或補(bǔ)充熱量的方式有關(guān) 常規(guī)的送風(fēng)方式空調(diào)需要去除的是進(jìn)入到空氣中的得熱量。 冷輻射板空調(diào)需要去除的熱量除了進(jìn)入到空氣中的熱量外，還包括貯存在熱表面上的熱量。43各種得熱進(jìn)入空氣的途徑 潛熱得熱、滲透空氣得熱 得熱立刻成為瞬時(shí)冷負(fù)荷 通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱、通過(guò)玻璃窗日射得熱、室內(nèi)顯熱源散熱 對(duì)流得熱部分立刻成為瞬時(shí)冷負(fù)荷 輻射得熱部分先傳到各內(nèi)表面，再以對(duì)流形式進(jìn)入空氣成為瞬時(shí)冷負(fù)荷，因此負(fù)荷與得熱在時(shí)間上存在延遲。44得熱與冷負(fù)荷的關(guān)系45得熱與冷負(fù)荷的關(guān)系

15、冷負(fù)荷與得熱有關(guān)，但不一定相等 決定因素 空調(diào)形式 送風(fēng)：負(fù)荷對(duì)流部分 輻射：負(fù)荷對(duì)流部分輻射部分 熱源特性：對(duì)流與輻射的比例是多少？ 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能：蓄熱能力如何？如果內(nèi)表面完全絕熱呢？ 房間的構(gòu)造（角系數(shù)） 注意：輻射的存在是延遲和衰減的根源！ 4647房間空氣的熱平衡關(guān)系 排除的對(duì)流熱空氣的顯熱增值 室內(nèi)熱源對(duì)流得熱 壁面對(duì)流得熱滲透得熱48室內(nèi)熱源對(duì)流得熱室內(nèi)熱源得熱 室內(nèi)熱源對(duì)流得熱熱源向空調(diào)輻射板的輻射熱源向壁面的輻射49壁面對(duì)流得熱通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱得熱 本壁面獲得的通過(guò)玻璃窗的日射得熱 壁面對(duì)流得熱 本壁面向空調(diào)輻射設(shè)備的輻射 本壁面向其他壁面的長(zhǎng)波輻射 本壁面向熱源的輻射Q

16、cond50房間的總冷負(fù)荷房間的各種得熱空氣的顯熱增值內(nèi)表面輻射導(dǎo)致的傳熱量差值得熱和冷負(fù)荷的差值房間空氣熱平衡的數(shù)學(xué)表達(dá)式 對(duì)輻射項(xiàng)進(jìn)行了線性化而導(dǎo)出51第三類(lèi)邊界條件：太難求解了！典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹非均勻板壁的不穩(wěn)定傳熱:其中內(nèi)表面長(zhǎng)波輻射： 521946. USA1950s. USSR1967. Canada典型負(fù)荷計(jì)算方法原理介紹 目的：使負(fù)荷計(jì)算能夠在工程應(yīng)用中實(shí)施 發(fā)展：由不區(qū)分得熱和冷負(fù)荷發(fā)展到考慮二者的區(qū)別53 穩(wěn)態(tài)算法 不考慮建筑蓄熱，負(fù)荷預(yù)測(cè)值偏大 動(dòng)態(tài)算法，積分變換求解微分方程 冷負(fù)荷系數(shù)法、諧波反應(yīng)法：夏季設(shè)計(jì)日動(dòng)態(tài)模擬。 計(jì)算機(jī)模擬軟件 DOE2(美國(guó))、HAS

17、P(日本)、ESP(英國(guó)) DeST(清華)常用的負(fù)荷求解法54穩(wěn)態(tài)算法 方法 采用室內(nèi)外瞬時(shí)溫差或平均溫差，負(fù)荷與以往時(shí)刻的傳熱狀況無(wú)關(guān)： QKFT 特點(diǎn) 簡(jiǎn)單，可手工計(jì)算 未考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱性能，計(jì)算誤差偏大 應(yīng)用條件 蓄熱小的輕型簡(jiǎn)易圍護(hù)結(jié)構(gòu) 室內(nèi)外溫差平均值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于室內(nèi)外溫度的波動(dòng)值55穩(wěn)態(tài)算法舉例：北京室外氣溫和室內(nèi)控制溫度比較56積分變換法原理 對(duì)于常系數(shù)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(shù)從一個(gè)域中移到另一個(gè)域中，在這個(gè)新的域中，函數(shù)呈現(xiàn)較簡(jiǎn)單的形式，因此可以求出解析解。然后再對(duì)求得的變換后的方程解進(jìn)行逆變換，獲得最終的解。B域

18、：?jiǎn)栴}容易求解對(duì)函數(shù)進(jìn)行積分變換求解A域：?jiǎn)栴}難以求解對(duì)函數(shù)解進(jìn)行積分逆變換獲得解57為何板壁不穩(wěn)定傳熱適用拉普拉斯變換？ 拉普拉斯變換的應(yīng)用條件 時(shí)間變化范圍為半無(wú)窮區(qū)間（0，+） 必須是線性定常系統(tǒng) 拉普拉斯變換的特點(diǎn)復(fù)雜函數(shù)變?yōu)楹?jiǎn)單函數(shù) 偏微分方程變換為常微分方程 常微分方程變換為代數(shù)方程 拉普拉斯變換的解 傳遞矩陣或s-傳遞函數(shù)的解的形式58傳遞函數(shù)與輸入量、輸出量的關(guān)系積分變換法原理 傳遞函數(shù)G(s)僅由系統(tǒng)本身的特性決定，而與輸入量、輸出量無(wú)關(guān)，因此建筑的材料和形式一旦確定，就可求得其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)。這樣就可以通過(guò)輸入量和傳遞函數(shù)求得輸出量。 如果輸入原函數(shù)是指數(shù)函數(shù)，則不需變

19、換直接輸入，即可求得解的原函數(shù)。59應(yīng)用條件 對(duì)于普通材料的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程，在其一般溫度變化的范圍內(nèi)，材料的物性參數(shù)變化不大，可近似看作是常數(shù)，可采用拉普拉斯變換法來(lái)求解。 對(duì)于采用材料的物性參數(shù)隨溫度或時(shí)間有顯著變化的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程，就不能采用拉普拉斯變換法來(lái)求解。60線性定常系統(tǒng)的特性 可應(yīng)用疊加原理對(duì)輸入的擾量和輸出的響應(yīng)進(jìn)行分解和疊加。 當(dāng)輸入擾量作用的時(shí)間改變時(shí)，輸出響應(yīng)的時(shí)間在產(chǎn)生同向、同量的變化，但輸出響應(yīng)的函數(shù)不會(huì)改變。 可把輸入量進(jìn)行分解或離散為簡(jiǎn)單函數(shù)，再利用變換法進(jìn)行求解。求出分解或離散了的單元輸入的響應(yīng)，這些響應(yīng)也應(yīng)該呈簡(jiǎn)單函數(shù)形式。再把這些單元輸入的響應(yīng)進(jìn)行疊

20、加，就可以得出實(shí)際輸入量連續(xù)作用下的系統(tǒng)的響應(yīng)輸出量。61輸入邊界條件的處理方法 輸入邊界條件的處理步驟 邊界條件的離散或分解； 求對(duì)單元擾量的響應(yīng)； 把對(duì)單元擾量的響應(yīng)進(jìn)行疊加和疊加積分求和。 兩種基于積分變換的負(fù)荷計(jì)算法：函數(shù)均采用拉普拉斯變換，邊界條件的處理方法不同 對(duì)邊界條件進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解：諧波反應(yīng)法 對(duì)邊界條件進(jìn)行時(shí)間序列離散：反應(yīng)系數(shù)法62武漢市室外干球溫度的全年變化63輸入邊界條件的處理方法：傅立葉級(jí)數(shù)分解64輸入邊界條件的處理方法：時(shí)間序列離散65兩種積分變換法 反應(yīng)系數(shù)法(冷負(fù)荷系數(shù)法)： 任何連續(xù)曲線均可離散為脈沖波之和。將外擾分解為脈沖，分別求得脈沖外擾的室內(nèi)響應(yīng)，再

21、進(jìn)行疊加 室內(nèi)負(fù)荷。 對(duì)應(yīng)離散系統(tǒng)，拉普拉斯變換轉(zhuǎn)化為Z變換 諧波反應(yīng)法： 任何一連續(xù)可導(dǎo)曲線均可分解為正(余)弦波之和。把外擾分解為余弦波，分別求出每個(gè)正(余)弦波外擾的室內(nèi)響應(yīng)，并進(jìn)行疊加。66設(shè)備使用1小時(shí)的室內(nèi)負(fù)荷響應(yīng)得熱：Q(t)輸入干擾負(fù)荷：CLQ(t)響應(yīng)反應(yīng)系數(shù)法原理圖示(1)67設(shè)備使用2小時(shí)的室內(nèi)負(fù)荷反應(yīng)系數(shù)法原理圖示(2)68設(shè)備使用10小時(shí)的室內(nèi)負(fù)荷響應(yīng)反應(yīng)系數(shù)法原理圖示(3)69反應(yīng)系數(shù)法 反應(yīng)系數(shù)的大小即反應(yīng)了某一項(xiàng)因素對(duì)某時(shí)刻負(fù)荷大小的影響程度。 反應(yīng)系數(shù)為01，相當(dāng)于影響為0100%。 內(nèi)外擾的處理 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱采用冷負(fù)荷溫度 日射冷負(fù)荷采用冷負(fù)荷系數(shù) 內(nèi)擾采用

22、冷負(fù)荷系數(shù)70 (a) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱冷負(fù)荷基本計(jì)算式Qcl() = KF tcl() tin tcl()為冷負(fù)荷溫度逐時(shí)值，與圍護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型、氣象條件、朝向有關(guān)。 tcl()反映了室外空氣溫度、陽(yáng)光輻射、建筑物蓄熱等因素的綜合影響。tinKFtcl(t)Qcl(t)冷負(fù)荷溫度：一個(gè)當(dāng)量溫度室內(nèi)溫度71(b) 日射冷負(fù)荷Qcl() = F Cs Cn Dtmax Ccl() F為窗面積，Dtmax是日射得熱因素最大值Ccl()是冷負(fù)荷系數(shù)，與緯度、朝向有關(guān)。 Cs為玻璃遮擋系數(shù)，Cn為遮陽(yáng)系數(shù)。Qcl(t)DmaxF Cs CnCcl()反應(yīng)系數(shù)法72 內(nèi)擾冷負(fù)荷Qcl() = HG(0) Ccl

23、 ( - 0) HG(0)為內(nèi)熱源散熱量Ccl(- 0)是冷負(fù)荷系數(shù)Ccl(- 0)與開(kāi)始使用時(shí)間和連續(xù)使用時(shí)間有關(guān)，與建筑熱特性有關(guān)。QQcl()Ccl(t - 0)反應(yīng)系數(shù)法73諧波反應(yīng)法 對(duì)外擾的分解：室外空氣綜合溫度 tz () = tzp+ tz () = tzp+ tzn sin(n + n) = A0+ An sin(2n/T + n) 對(duì)外擾的響應(yīng)形式：圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)不同頻率外擾有一定的衰減n=An/Bn與延遲n，響應(yīng)也是傅立葉級(jí)數(shù)形式： tin,n () = An/nsin(2n/T+n-n) 通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成的負(fù)荷：疊加tin,n ()可得出tin()，通過(guò)tin()和室內(nèi)熱平

24、衡就可求出負(fù)荷。74諧波反應(yīng)法 玻璃窗冷負(fù)荷 傳熱溫差用外氣溫而不是室外綜合溫度： Qcl() = KF t() = KF twp tin + twn sin(n + n) 內(nèi)擾冷負(fù)荷 對(duì)內(nèi)擾響應(yīng)的分解方法類(lèi)似對(duì)外擾響應(yīng)的分解。75諧波反應(yīng)法的簡(jiǎn)化算法 算法繁瑣，故需要簡(jiǎn)化 傳導(dǎo)部分(墻、窗)： Qcl() = KFt- t為負(fù)荷溫差，表中值為室溫26時(shí)溫差，可修正。算法同冷負(fù)荷系數(shù)法。 日射部分：Qcl() = xgxdCnCsFJ() xg窗有效面積系數(shù)，xd地點(diǎn)修正系數(shù)，J()為負(fù)荷強(qiáng)度。 xdJ相當(dāng)于冷負(fù)荷系數(shù)法的DmaxQcl()，xgF相當(dāng)于冷負(fù)荷系數(shù)法的F。 內(nèi)擾部分： Qcl(

25、) = HG(0) JX - o JX - o為設(shè)備負(fù)荷強(qiáng)度系數(shù)( - 0時(shí)刻)，同冷負(fù)荷系數(shù)法的Ccl()。76兩種積分變換法總結(jié) 諧波反應(yīng)法的簡(jiǎn)化算法與冷負(fù)荷系數(shù)法形式一致。 為了便于手工計(jì)算，均把內(nèi)外擾通過(guò)一個(gè)板壁形成的冷負(fù)荷分離出來(lái)，作為一個(gè)孤立的過(guò)程處理，不考慮與其它墻面和熱源之間的相互影響。 不能分析變物性的材料如相變材料制成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱過(guò)程。77兩種積分變換法總結(jié) 只是在一定程度上反應(yīng)了得熱和冷負(fù)荷之間的區(qū)別，對(duì)輻射的影響作了很多簡(jiǎn)化： 對(duì)墻體內(nèi)表面之間的長(zhǎng)波輻射作了簡(jiǎn)化處理，給定比例 忽略了透過(guò)玻璃窗日射落在墻內(nèi)表面上的光斑的影響 熱源對(duì)流和輻射比例給定，與墻表面角系數(shù)給定 把室內(nèi)空氣溫度看作是常數(shù) 如果房間與簡(jiǎn)化假定相差較遠(yuǎn)，則結(jié)果的誤差較大，如內(nèi)表面溫度差別大、房間形狀不規(guī)則、室內(nèi)空氣控制溫度隨時(shí)間變化等。78模擬分析軟件 GATE，60年代末，美國(guó)，穩(wěn)態(tài)計(jì)算 現(xiàn)在 美國(guó)：DOE-2、BLAST、EnergyPlus、NBSLD 英國(guó)：ESP 日本：HASP 中國(guó)：DeST79模擬分析軟件：美國(guó)，反應(yīng)系數(shù)法 DOE-2 由美國(guó)能源部主持，美國(guó) LBNL開(kāi)發(fā)，于1979年首次發(fā)布的建筑全年逐時(shí)能耗模擬軟件，是目前國(guó)際上應(yīng)用最普遍的建筑熱模擬商用軟件，用戶數(shù)估計(jì)達(dá)