建筑环境学--热湿环境

1,第三章建筑热湿环境,2,基本概念与术语得热的来源围护结构的热工特性与通过围护结构的热传导3.1通过非透光围护结构的传热过程3.2通过透光围护结构的传热过程冷负荷与热负荷4.1基本原理，与得热之间的关系4.2负荷的计算方法,内容提要,3,1.基本概念与术语,4,建筑热湿环境是如何形成的?,是建筑环境中最重要的内容主要成因是外扰和内扰的影响和建筑本身的热工性能外扰：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,5,基本概念,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,辐射,导热(水蒸汽渗透),6,基本概念,得热(HeatGainHG)：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。如果得热0，意味着房间失去热量。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。,7,2.得热的来源(HeatGain),8,得热的来源,与室内状态无关，只取决于热源的得热室内产热与产湿，得热量热源发热量室内设备与照明室内人员通过围护结构的空气渗透导致的得热透过透光围护结构的太阳辐射得热与热源和室内热状态（空气温度、壁面温度）都有关的得热通过非透光围护结构的热传导通过透光围护结构的热传导,9,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,取决于热源的得热室内产热与产湿，得热量发热量,10,室内产热与产湿（续）,室内湿源包括人员、水面、产湿设备散湿形式：直接进入空气围护结构和家具会有一定的蓄湿功能湿源与空气进行质交换同时一般伴随显热交换有热源湿表面：水分被加热蒸发，向空气加入了显热和潜热，显热交换量取决于水表面积无热源湿表面：等焓过程，室内空气的显热转化为潜热蒸汽源：可仅考虑潜热交换,11,取决于热源的得热：人体散热散湿,请见第四章,12,取决于热源的得热空气渗透带来的得热,夏季：室内外温差小，风压是主要动力冬季：室内外温差大，热压作用往往强于风压，造成底层房间热负荷偏大。因此冬季冷风渗透往往不可忽略。理论求解方法：网络平衡法，数值求解流体网络原理课程将介绍参考文献：朱颖心，水力网络流动不稳定过程的算法，清华大学学报,1989年,第5期工程应用：缝隙法、换气次数法,13,网络平衡法原理,节点平衡：AG0回路压力平衡：BP0,各支路和节点均编号。网络关联矩阵A元素aij：由i点到j点为1，反之为-1，无关为0。基本回路矩阵B元素bij：由j支路与i回路同向为1，反之为-1，无关为0。,14,通过围护结构的显热得热,通过围护结构的显热得热,通过非透光围护结构的得热,通过透光围护结构的得热,外表面对流换热,外表面日射通过墙体的导热,两种得热方式机理不同,通过透光围护结构的日射得热,通过透光围护结构的热传导,15,3.围护结构的热工特性与通过围护结构的热传导,3.1太阳辐射对建筑物的热作用3.2通过非透光围护结构的传热过程3.3通过透光围护结构的传热过程,16,3.1太阳辐射对建筑物的热作用,17,非透光围护结构外表面所吸收的太阳辐射热,不同的表面对辐射的波长有选择性，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。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。,反射,吸收,18,太阳辐射在透光围护结构中的传递,玻璃对辐射的选择性,普通玻璃的光谱透射率,19,太阳辐射在透光围护结构中的传递,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,20,low-e玻璃的透光选择性一层low-e玻璃一层普通玻璃,421,玻璃面发展及其节能特性,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中低low-e玻璃低低低,近红外线,可见光,紫外线,长波红外线,透过率,高中,内镀非常薄但又耐久的镀银薄层。20世纪80年代盛行节能玻璃。,夏季,东西向,22,太阳辐射在透光围护结构中的传递,玻璃的吸收百分比a0:,23,太阳辐射在透光围护结构中的传递,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。,24,太阳辐射在透光围护结构中的传递,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。假定两层材料的吸收百分比和反射百分比完全相同，两层的吸收率相同吗？,25,室外空气综合温度Solar-airTemperature,26,60！,35！,室外空气综合温度Solar-airTemperature,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。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：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：,27,室外空气综合温度Solar-airTemperature,人们常说的太阳下的“体感温度”是什么？室外空气综合温度与什么因素有关？高反射率镜面外墙和红砖外墙的室外空气综合温度是否相同？请试算一下盛夏太阳下的室外空气综合温度比空气温度高多少？,28,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：思考题白天有天空辐射吗？试算一个夜间的室外空气综合温度是多少？,天空辐射(夜间辐射，有效辐射),29,3.2通过非透光围护结构的传热过程,30,通过非透光围护结构的热传导,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,31,通过非透光围护结构的热传导,非均质板壁的一维不稳定导热过程：边界条件：初始条件：t(x,0)=f(x),内表面长波辐射,32,x=0,x=,Qwall,cond,通过非透光围护结构的热传导,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：,这部分热量将以对流换热和长波辐射的形式向室内传播。只有对流换热部分直接进入了空气。,33,通过非透光围护结构的热传导,板壁各层温度随室外温度的变化,34,通过非透光围护结构的热传导基本物理过程分析,基本表达式板壁内表面温度t同时受室内气温、室内辐射热源和其它表面的温度影响，从而影响总传热量气象和室内气温对板壁传热过程的影响比较确定，容易求得内表面辐射对传热过程的影响较复杂，涉及角系数和各表面温度,35,Qout,ta,in(),室内其他内表面温度如何影响板壁的传热？,尽管内表面对流换热量增加了，但Qout和Qwall,cond却是减少的。,t(x,),ta,out(),Qwall,cond|x=,Qwall,cond,36,通过非透光围护结构的热传导基本物理过程分析,结论即便室外气象参数与室内空气温度是确定的，实际通过非透光围护结构进入到室内的热传导量也是不确定的受其他壁面温度高低与室内辐射热源方向的影响。尽管通过围护结构的热传导量不确定，但有时又需要用“得热”的概念，那怎么定义通过围护结构的热传导得热呢？,37,通过非透光围护结构的得热,为了定义通过非透光围护结构的得热HGwall，采用了以下假定条件假定除所考察的围护结构内表面以外，其他各室内表面的温度均与室内空气温度一致室内没有任何其他短波辐射热源发射的热量落在所考察的围护结构内表面上，即Qshw0。此时，通过该围护结构传入室内的热量就被定义为通过非透光围护结构的得热。主要反映了室外气象参数和室内气温相对固定的影响，剔除了内表面辐射等复杂因素的影响：HGwall=HGwall,convHGwall,lw,38,通过非透光围护结构的得热内表面辐射导致的传热量差值,将内边界条件线性化，则可利用线性叠加原理将气象与室内气温决定的得热部分与其它部分分离出来t=t1+t2围护结构实际传热量与“得热”的差值为：如果室内各表面温度高于空气温度，且有短波辐射，则Qwall是正值，即实际条件下通过围护结构导热传到室内的热量小于上述定义下的通过围护结构的得热量。,39,通过非透光围护结构的得热,“通过非透光围护结构的得热”实际上是一个假设的量量级上与“通过非透光围护结构的热传导量”相当，但把受其他壁面温度与室内辐射热源影响部分忽略了，存在数值上的偏差。,?,40,通过非透光围护结构的得热,前者是考虑在内外扰动以及整个房间所有围护结构相互作用下通过一堵墙体的实际传热量后者是把一堵墙体割裂开来，仅考虑在内外扰动作用下通过一堵墙体的传热量目的在于把房间每一堵墙体的得热求出来，然后进行叠加，以求得通过整个房间围护结构的总得热量。是一些简化手工工程算法的需要。,41,3.3通过透光围护结构的传热过程,42,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。,43,玻璃窗的种类与热工性能,住宅建筑我国住宅建筑最常见的是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，北方地区很多建筑装有两层单玻窗。发达国家寒冷地区的住宅则多装有充惰性气体的多层玻璃窗。大型公共建筑我国大型公共建筑多采用有色玻璃或反射镀膜玻璃。部分新建筑采用low-e玻璃。发达国家大型公共建筑多采用高绝热性能的low-e玻璃。,44,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。,45,玻璃窗的种类与热工性能,无色玻璃表面覆盖无色low-e涂层，可使这种玻璃的遮挡系数Cs低于0.3,46,遮阳方式,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,47,外遮阳,48,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,49,窗玻璃间遮阳Double-skinFacade,50,通风双层玻璃窗，内置百页,51,内百页,无通风,有通风,52,通过玻璃窗的长波辐射?,夜间除了通过玻璃窗的传热以外，还有由于天空夜间辐射导致的散热量采用low-玻璃可减少夜间辐射散热通过玻璃窗的温差传热量和天空长波辐射的传热量可通过各层玻璃的热平衡求得,53,通过玻璃板壁的传热得热，忽略了玻璃的热惯性,透过玻璃的日射得热,通过透光围护结构的得热,得热与玻璃窗的种类及其热工性能有重要的关系。,54,Part1:透过单位面积玻璃的太阳辐射得热Part2: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：如果内外气温一样总得热：HGwind,solHGglass,+HGglass,a,通过透光围护结构的日射得热日射透过吸热,55,Part2中玻璃吸收太阳辐射造成的房间得热与通过透光围护结构实际进入室内的热量之间有差别室内外气温不一样，采用标准玻璃的太阳得热量SSG求得的HGwind,sol部分与实际情况存在偏差玻璃实际表面温度变化带来偏差,56,通过透光围护结构的日射得热,由于玻璃品种繁多，每个进行单独计算很麻烦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：,57,通过透光围护结构的得热,通过透光外围护结构的瞬态总得热量传热得热量日射得热量：,小练习,58,1、不同传热系数和遮挡系数的外窗作为公共建筑外围护结构时，更适合于严寒地区的外窗应是下列何项？A、传热系数小且遮挡系数大B、传热系数大且遮挡系数小C、传热系数小且遮挡系数小D、传热系数大且遮挡系数大,59,2、关于窗的综合遮阳系数，下列表述正确的为何项？(A)窗的综合遮阳系数只与玻璃本身的遮挡系数有关(B)窗的综合遮阳系数只与玻璃本身的遮挡系数和窗框的材质有关(C)窗的综合遮阳系数只与玻璃本身的遮挡系数、窗框的面积和外遮阳形式有关(D)窗的综合遮阳系数只与玻璃本身的遮挡系数、窗框的面积和内遮阳形式有关,60,3.3通过围护结构的湿传递潜热得热,61,通过围护结构的湿传递潜热得热,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/sm2水蒸汽渗透系数Kv，kg/(Ns)或s/m：蒸汽渗透系数散湿系数,62,通过围护结构的湿传递潜热得热,当墙体内实际水蒸汽分压力高于饱和水蒸汽分压力时，就可能出现凝结或冻结，影响墙体保温能力和强度。,63,围护结构的保温设计原理,围护结构保温能力的选择主要是根据气候条件和房间的使用要求，并按照经济和节能的原则而定。,在民用建筑热工设计规范（GB5017693）中对围护结构规定了最小传热阻以保证使用者的最基本卫生要求。,64,围护结构的保温设计原理,在稳定传热条件下，内表面温度取决于室内外温度和围护结构的传热阻。保证围护结构内表面温度接近室内空气温度。控制围护结构内表面不结露同时考虑人体卫生保健的基本需要。并控制通过围护结构的热损失在一定范围之内围护结构的传热阻就不能小于某个最低限度值，这个最低限度的传热阻称为最小传热阻R0min。,65,围护结构的保温设计原理,围护结构的最小传热阻（低限热阻）围护结构对室内热环境的影响，主要是通过内表面温度体现的。如内表面的温度太低，不仅对人产生冷辐射，影响到人的健康，而且如温度低于室内露点温度，还会在内表面产生结露，并使围护结构受潮，严重影响室内热环境并降低围护结构的耐久性。,66,围护结构的保温设计原理,围护结构一般都需满足承重和保温要求其构造有的是用单一材料，它既承重又保温，如砖砌体（墙）、加气混凝土（墙、屋顶）等。另一种，是用两种类型（或两种以上）材料分别满足保温和承重的需要，成为复合围护结构。如岩棉、膨胀珍珠岩制品，或泡沫聚苯乙烯等,67,围护结构的保温设计原理,复合构造大体上可分外保温内保温中间保温,68,围护结构的保温设计原理,三种保温层设置方式的比较内表面温度的稳定性热桥问题防止保温材料内部凝结水对承重结构的保护旧房改造外饰面处理,69,围护结构的保温设计原理,内表面温度的稳定性：外保温和中间保温作法，内表面温度相对稳定。对一天中只有短时间使用的房间，用内保温可使室内温度上升快。,70,围护结构的保温设计原理,热桥问题内保温作法常会在内外墙联接以及外墙与楼板联接等处产生热桥。中间保温的外墙也由于内外两层结构需要拉接而增加热桥耗热。而外保温在减少热桥方面比较有利。,71,围护结构的保温设计原理,防止保温材料凝结水外保温和中间保温作法，可防止保温材料由于蒸汽的渗透积累而受潮。内保温作法则保温材料有可能在冬季受潮,对承重结构的保护：外保温可避免主要承重结构受到室外温度的剧烈波动影响，从而提高其耐久性,72,围护结构的保温设计原理,旧房改造为节约能源而增加旧房的保温能力时，利用外保温，在施工中可不影响房间使用，同时也不占用室内面积，但施工技术要求高。,外饰面处理外保温作法对外表面的保护层要求较高内保温和中间层保温则由于外表面是由强度大的密实材料构成，饰面层的处理比较简单。,常用墙体保温材料,建筑材料燃烧性能分级方法：A级（不燃）；B1级（难燃）；B2级（可燃）；B3级（易燃）；公消201165号（2011.3.14）：民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材料。公消2012.12.3发文：关于民用建筑外保温材料消防监督管理有关事项的通知(350号文),决定取消执行65号文,73,常用墙体保温材料,模塑聚苯乙烯（EPS）挤塑聚苯乙烯（XPS）聚氨酯（PU）岩棉玻璃棉,74,建筑体形系数（shapefactor）建筑物与室外大气接触的外表面积与其包围的体积的比值。,75,窗墙面积比（windowtowallratio)窗户洞口面积与房间立面单元面积之比,数据引自JGJ26-2010严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准,76,例题,设计严寒地区A区某正南北朝向的九层办公楼，外轮廓尺寸为54mx15m，南外窗为16个通高竖向条形窗（每个窗宽2.10m），整个顶层为多功能厅，顶部开设一天窗（24mx6m），一层和顶层层高均为5.4m，中间层层高均为3.9m,，问该建筑的南外窗及窗外的传热系数（W/(m2K）)应当是下列何项？（A）K窗1.4K墙0.40（B）K窗1.7K墙0.45（C）K窗1.5K墙0.40（D）K窗1.5K墙0.45经计算：体形系数0.2；窗墙比0.62,77,78,数据引自GB50189-2005公共建筑节能设计标准,79,关于公共建筑围护结构的传热系数限值的说法，下列何项是错误的？(A)外墙的传热系数采用平均传热系数(B)围护结构的传热系数限值与建筑物体型系数相关(C)围护结构的传热系数限值与建筑物窗墙面积比相关(D)温和地区可以不考虑围护结构传热系数限值,80,4.冷负荷与热负荷Coolingload&Heatingload,81,冷负荷与热负荷,冷负荷：维持室内空气热湿参数为某恒定值时，在单位时间内从室内除去的热量，包括显热负荷和潜热负荷两部分。如果把潜热负荷表示为单位时间内排除的水分，则又可称作湿负荷。热负荷：维持室内空气热湿参数为某恒定值时，在单位时间内向室内加入的热量，包括显热负荷和潜热负荷两部分。如果只控制室内温度，则热负荷就只包括显热负荷。冷热负荷的大小与去除负荷的方式有关送风方式还是辐射方式？,82,负荷的大小与去除或补充热量的方式有关,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。,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。,83,各种得热进入空气的途径,潜热得热、渗透空气得热得热立刻成为瞬时冷负荷通过围护结构导热、通过玻璃窗日射得热、室内显热源散热对流得热部分立刻成为瞬时冷负荷辐射得热部分先传到各内表面，再以对流形式进入空气成为瞬时冷负荷，因此负荷与得热在时间上存在延迟。,84,得热与冷负荷的关系,85,得热与冷负荷的关系,冷负荷与得热有关，但不一定相等决定因素空调形式送风：负荷对流部分辐射：负荷对流部分辐射部分热源特性：对流与辐射的比例是多少？围护结构热工性能：蓄热能力如何？如果热容为0呢？如果内表面完全绝热呢？房间的构造（角系数）注意：辐射的存在是延迟和衰减的根源！,86,得热与冷负荷的关系,冷负荷的本质是通过某个设定温度下整个房间的热平衡算出来的，综合了各种因素作用的一个综合值；与得热不同的是，不存在灯光造成的负荷、人员造成的负荷的概念。例如冬天室内有可能是热负荷也有可能是冷负荷，而灯光和人员有降低热负荷的影响，也可能是导致冬季还有冷负荷的原因，但只有跟围护结构散热综合起来才能得到负荷；当室内空气参数在改变的过程中，负荷还受空气与家具、内壁面热容的影响。,87,相变材料在暖通空调中的应用,88,相变墙和地板,89,冬天：白天吸热、晚上放热,90,91,相变蓄热电热地板,92,1,2,3,4,1Thermalinsulation2Electricheatingsheet3Shape-stabilizedPCMlayer4Floor,PCMstorestheheatatnightandreleasestheheatatdaytime.,无风道,93,有风道,94,空调蓄冷和蓄热,95,Shape-stabilizedPCM,Hm=100-180kJ/kg,Tm=20oC,35oC,50oC,96,室内表面与空气的热平衡关系示意,97,室内空气的热平衡关系(空气参数恒定),排除的对流热室内热源对流得热壁面对流换热渗透得热,98,室内热源对流得热,室内热源总得热室内热源对流得热向室内表面的长波辐射向室内表面的短波辐射,99,壁面对流得热,通过围护结构的导热量本壁面获得的通过玻璃窗的日射得热壁面对流换热本壁面向空调辐射板的辐射本壁面向其他壁面的长波辐射本壁面向热源的辐射,Qwall,cond,100,房间的总冷负荷,房间空气热平衡的数学表达式,对长波辐射项进行了线性化而导出,101,总负荷室内空气参数变化时，采用“除热量”来描述需要排除的热量。显热除热量为：,总负荷与除热量,除热量比冷负荷少了一个空气增温需要的热量,102,讨论：采用辐射板空调的负荷,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？以夏季为例外围护结构的内表面温度降低导致室外向室内传热增加室内表面（家具、墙面）温度降低空调系统需要带走的热量增加结论辐射板空调的负荷偏大如果追求的是舒适性相同，哪一个负荷更大？,103,第三类边界条件：,太难求解了！,典型负荷计算方法原理介绍,非均匀板壁的不稳定传热:,其中内表面长波辐射：,初始条件：,104,1946USA,1950sUSSR,1967Canada,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发展：由不区分得热和冷负荷发展到考虑二者的区别,105,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DOE2、EnergyPlus(美国)、HASP(日本)、ESP(英国)DeST(中国，清华),常用的负荷求解法,106,稳态算法,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：QKFT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,107,稳态算法举例：北京室外气温和室内控制温度比较,108,积分变换法原理,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。,109,为何板壁不稳定传热适用拉普拉斯变换？,拉普拉斯变换的应用条件时间变化范围为半无穷区间（0，+）必须是线性定常系统拉普拉斯变换的特点复杂函数变为简单函数偏微分方程变换为常微分方程常微分方程变换为代数方程拉普拉斯变换的解传递矩阵或s-传递函数的解的形式,110,传递函数与输入量、输出量的关系,积分变换法原理,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。这样就可以通过输入量和传递函数求得输出量。,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,111,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。对于采用材料的物性参数随温度或时间有显著变化的围护结构的传热过程，就不能采用拉普拉斯变换法来求解。相变材料，TrombesWall(特隆布墙),112,线性定常系统的特性,可应用叠加原理对输入的扰量和输出的响应进行分解和叠加。当输入扰量作用的时间改变时，输出响应的时间在产生同向、同量的变化，但输出响应的函数不会改变。可把输入量进行分解或离散为简单函数，再利用变换法进行求解。求出分解或离散了的单元输入的响应，这些响应也应该呈简单函数形式。再把这些单元输入的响应进行叠加，就可以得出实际输入量连续作用下的系统的响应输出量。,113,输入边界条件的处理方法,输入边界条件的处理步骤边界条件的离散或分解；求对单元扰量的响应；把对单元扰量的响应进行叠加和叠加积分求和。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傅立叶级数分解：谐波反应法对边界条件进行时间序列离散：反应系数法,114,武汉市室外干球温度的全年变化,115,输入边界条件的处理方法：傅立叶级数分解,116,输入边界条件的处理方法：时间序列离散,117,两种积分变换法,反应系数法(冷负荷系数法)：任何连续曲线均可离散为脉冲波之和。将外扰分解为脉冲，分别求得单个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变换谐波反应法：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。,118,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,反应系数法原理图示(1),119,设备使用2小时的室内负荷响应,反应系数法原理图示(2),120,设备使用10小时的室内负荷响应,反应系数法原理图示(3),121,反应系数法,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01，相当于影响为0100%。内外扰的处理内扰采用冷负荷系数日射冷负荷采用冷负荷系数围护结构传热采用冷负荷温度,122,(a)围护结构传热冷负荷基本计算式Qcl()=KFtcl()tintcl()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、建筑物蓄热等因素的综合影响。,tin,KF,tcl(t),Qcl(t),冷负荷温度：一个当量温度,室内温度,123,(b)日射冷负荷Qcl()=FCsCnDmaxCcl()F为窗面积，Dmax是日射得热因素最大值Ccl()是冷负荷系数，与纬度、朝向有关。Cs为玻璃遮挡系数，Cn为遮阳系数。,反应系数法,124,内扰冷负荷Qcl()=HG(0)Ccl(-0)HG(0)为内热源散热量Ccl(-0)是冷负荷系数Ccl(-0)与开始使用时间和连续使用时间有关，与建筑热特性有关。,反应系数法,125,谐波反应法,对外扰的分解：室外空气综合温度tz()=tzp+tz()=tzp+tznsin(n+n)=A0+Ansin(2n/T+n)对外扰的响应形式：围护结构对不同频率外扰有一定的衰减n=An/Bn与延迟n，响应也是傅立叶级数形式：tin,n()=An/nsin(2n/T+n-n)通过围护结构形成的负荷：叠加tin,n()可得出tin()，通过tin()和室内热平衡就可求出负荷。,126,谐波反应法,玻璃窗冷负荷传热温差用外气温而不是室外综合温度：Qcl()=KFt()=KFtwptin+twnsin(n+n)内扰冷负荷对内扰响应的分解方法类似对外扰响应的分解。,127,谐波反应法的简化算法,算法繁琐，故需要简化传导部分(墙、窗)：Qcl()=KFt-t为负荷温差，表中值为室温26时温差，可修正。算法同冷负荷系数法。日射部分：Qcl()=xgxdCnCsFJ()xg窗有效面积系数，xd地点修正系数，J()为负荷强度。xdJ()相当于冷负荷系数法的DmaxCcl()，xgF相当于冷负荷系数法的F。内扰部分：Qcl()=HG(0)JX-oJX-o为设备负荷强度系数(-0时刻)，同冷负荷系数法的Ccl()。,128,两种积分变换法总结,谐波反应法的简化算法与冷负荷系数法形式一致。为了便于手工计算，均把内外扰通过一个板壁形成的冷负荷分离出来，作为一个孤立的过程处理，不考虑与其它墙面和热源之间的相互影响。不能分析变物性的材料如相变材料制成的围护结构热过程。,129,两种积分变换法总结,只是在一定程度上反应了得热和冷负荷之间的区别，对辐射的影响作了很多简化：对墙体内表面之间的长波辐射作了简化处理，给定比例忽略了透过玻璃窗日射落在墙内表面上的光斑的影响热源对流和辐射比例给定，与墙表面角系数给定把室内空气温度看作是常数如果房间与简化假定相差较远，则结果的误差较大，如内表面温度差别大、房间形状不规则、室内空气控制温度随时间变化等。,130,模拟分析软件,GATE，60年代末，美国，稳态计算现在美国：NBSLD、BLAST、DOE-