建筑環(huán)境學(xué) 第二版教材3第三章熱濕環(huán)境.docx

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1、3第三章建筑熱濕環(huán)境 熱濕環(huán)境是建筑環(huán)境中最主要的內(nèi)容，主要反映在空氣環(huán)境的熱濕特性中。建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境 形成的最主要原因是各種外擾和內(nèi)擾的影響。外擾主要包括室外氣候參數(shù)如室外空氣溫濕度、太陽 輻射、風(fēng)速、風(fēng)向變化，以及鄰室的空氣溫濕度，均可通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱、傳濕、空氣滲透使熱 量和濕量進(jìn)入到室內(nèi)，對室內(nèi)熱濕環(huán)境產(chǎn)生影響。內(nèi)擾主要包括室內(nèi)設(shè)備、照明、人員等室內(nèi)熱濕 源。見圖3-1。 無論是通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱傳濕還是室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕，其作用形式基本為對流換熱（對流質(zhì)交換）、 導(dǎo)熱（水蒸汽滲透）和輻射三種形式。某時刻在內(nèi)外擾作用下進(jìn)入房間的總熱量叫做該時刻的得熱 （Heat HG）"1,包括顯熱

2、和潛熱兩局部。得熱展的顯熱局部包括對流得熱（例如室內(nèi)熱源的對流散熱, 通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱形成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表與室內(nèi)空氣之間的對流換熱）和輻射得熱（例如透過窗玻 璃進(jìn)入到室內(nèi)的太陽輻射、照明器具的輻射散熱等）兩局部。如果得熱量為負(fù)，那么意味著房間失去 顯熱或潛熱量。 由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身存在熱慣性，使得其熱濕過程的變化規(guī)律變得相當(dāng)復(fù)雜，通過圍護(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。本章的任務(wù)就是闡述建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境的形成原理以及 室內(nèi)熱濕環(huán)境與各種內(nèi)、外擾之間的響應(yīng)關(guān)系。 圖3-1建筑物獲得的熱晶 第一節(jié)太陽輻射對建筑物的熱作用 圍護(hù)結(jié)構(gòu)外外表所吸收的太陽輻射熱 如第二章所述，

3、太陽的光譜主要由Q2?3.0 um的波長區(qū)域所組成的。太陽光譜的峰值位于0.5 卜血附近，到達(dá)地面的太陽輻射能量在紫外線區(qū)（波長為0.2?0.38pm）占的比例很小，約為1%。 波長范圍為0.38 14m?0.76 pim的可見光和0.76?3.0 pm的近紅外線占了主要局部，兩局部能量各約 占一半。而一般高溫工業(yè)熱源的輻射均為長波輻射，波長為5用力以上。因此建筑環(huán)境所涉及的外表 溫度范圍決定了其發(fā)射的輻射均為長波輻射，只有發(fā)射可見光的燈具和高溫?zé)嵩从锌赡馨l(fā)射可見光(a)墻體得熱與外擾之間的關(guān)系(b)墻內(nèi)外表溫度與外溫的關(guān)系 圖3-8墻體的傳熱量與溫度對外擾的響應(yīng) 墻體、屋頂?shù)冉ㄖ?gòu)件的傳

4、熱過程均可看作非均質(zhì)板壁的一維不穩(wěn)定導(dǎo)熱過程，描述其熱平衡 的微分方程為： (3-15) da(x} dtdx dx 如果定義為圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)，為圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，考慮太陽輻射、長波輻射和圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外 側(cè)空氣溫差的作用，可給出邊界條件： 一(°，7)] + Qsol += 一“(X)& L=0(3-16)a fn分1_ %”3")-%〃(咽 +。2勺￡戶40")-7；。)]-。汕"-/1(十)五12(3-17)>1次 初始條件為： t(x,O)=f(x)(3-18) 式中：a(x)—墻體材料的導(dǎo)溫系數(shù)，m2/s； T時間，秒； S墻體厚度，m； t(x, r), T(x, r

5、)——墻體中各點(diǎn)的溫度，℃, K； 輸⑺——圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的空氣溫度，℃； ta.ouM——圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)的空氣溫度，℃； 2 (x)——墻體材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m K ； a例“圍護(hù)結(jié)構(gòu)外外表對流換熱系數(shù)，W/nr℃ ； ain 圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表對流換熱系數(shù)，W/m2℃； Qsoia 圍護(hù)結(jié)構(gòu)外外表接受的太陽輻射熱量，W/m2; Qiw——圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表接受的長波輻射熱量，W/nr； Qsi*——圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表接受的短波輻射熱量，W/nr： Xj——所分析的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表與第j個室內(nèi)外表之間角系數(shù)； 與 —— 所分析的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表與第j個室內(nèi)外表之間系統(tǒng)黑度： m —室內(nèi)外表

6、的個數(shù)(除被考察的圍護(hù)結(jié)構(gòu)以外)； 7)(r) ——第j個室內(nèi)外表的溫度，Ko下標(biāo)： in——室內(nèi)側(cè)； out——室外側(cè)； lw——長波輻射； shw短波輻射; sol——太陽輻射。 太陽輻射的作用是使墻體外外表溫度升高，然后通過板壁向室內(nèi)傳熱，如圖3-9所示。由于太 陽輻射作用的求解很復(fù)雜，因此可以利用前面介紹的室外空氣綜合溫度4(。來代替式(3-16)中的圍護(hù) 結(jié)構(gòu)外側(cè)空氣溫度。即有: (3-19) 即〃必⑺一(。")1一(喔k圖3-9太陽輻射在墻體上形成的傳熱過程 圖3-9太陽輻射在墻體上形成的傳熱過程 式(3-17)所描述的其實(shí)就是通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱

7、實(shí)際傳入室內(nèi)的熱量，這些熱量到達(dá)圍護(hù) 結(jié)構(gòu)內(nèi)外表后，通過對流與輻射的形式傳給室內(nèi)空氣與室內(nèi)其他內(nèi)外表。如果對式(3-17)的長波輻射 項(xiàng)進(jìn)行線性化，即： mmm 吃"尸4⑴]=Z %,尸(2 r) - Tj ⑺]=￡(3-20) ；=i；=1其中為,為被考察的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表與第/個圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表的當(dāng)量輻射換熱系數(shù)(W/n^C)。此時, 由式(3-17)獲得的通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱而實(shí)際傳入室內(nèi)的熱量獻(xiàn)可表為： Qwallxond = 一2(工)a I 尸2=斯』?27)- L,加⑺]+ Z% j 上3，7)~fj (初 一 Qshw(3-21) j=i 在一定的溫度范圍內(nèi)，線性化

8、所求得的當(dāng)量輻射換熱系數(shù)％)接近常數(shù)，它綜合了兩個外表的面 積比、角系數(shù)以及外表溫度等因素。因此式(3-21)可看作是常系數(shù)的線性方程。 由上式(3-21)可見，如果各時刻各鬧護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表和室內(nèi)空氣溫度，就可以求出通過鬧護(hù)結(jié) 構(gòu)的傳熱量。但各圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表溫度和室內(nèi)空氣溫度之間存在著顯著的耦合關(guān)系，因此需要聯(lián)立 求解一組形如方程(3/5)?(3-18)的方程組和房間的空氣熱平衡方程才能獲得其解.，求解過程相當(dāng)復(fù) 雜。 通過非透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱(1)通過非透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱定義與表述 式(3-15)描述的是圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度分布，式(3-21)給出的是通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱實(shí)際傳到室內(nèi)的 熱量

9、，這些都是由室外條件與室內(nèi)擾動共同作用造成的。如果增加室內(nèi)輻射熱源落在該圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi) 外表的輻射強(qiáng)度，盡管室外條件和室內(nèi)空氣溫度并沒有改變，但實(shí)際上通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱傳入室內(nèi) 的熱量會隨著闈護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度的升高而減少，而壁面通過對流換熱與空氣的換熱量增加。這 個增加的局部是由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表獲得的內(nèi)部輻射熱量造成的，見圖3-10。室外氣象和室內(nèi)空氣 溫度對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響比擬清楚而且有一定確實(shí)定性，而室內(nèi)其他內(nèi)外表長波輻射以及輻射熱源的 作用的求解比擬復(fù)雜，需要了解各內(nèi)外表間的角系數(shù)和實(shí)際外表溫度，而且還應(yīng)該考慮鄰室的影響 才能求得。在考慮通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱的時候，我們希望的是能夠突出反映在一

10、定的室內(nèi)空 氣溫度條件下，所考察的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)在室外氣象參數(shù)作用下的表現(xiàn)，因此需要剔除其他室內(nèi)因素的 影響，把室外擾動和室內(nèi)擾動的作用分開來進(jìn)行分析。 圖3-1()外圍護(hù)結(jié)構(gòu)受到內(nèi)輻射源的照射后，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱量的變化 (墻體內(nèi)的實(shí)線是無內(nèi)輻射源照射時的溫度分布，虛線是有內(nèi)粕射源照射時的溫度分布) 因此，在這里給通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱"Ge/下一個定義：假定除所考察的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表 面以外，其他各室內(nèi)外表的溫度均與室內(nèi)空氣溫度一致，室內(nèi)沒有任何其他短波輻射熱源發(fā)射的熱 量落在所考察的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表上，即2而=0。此時，通過該圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱晶就被定義為 通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得

11、熱HGwalh其數(shù)值就等于該圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表與空氣的對流換熱熱量與該圍 護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表對其他內(nèi)外表的長波輻射換熱量之和。 在這種定義條件下，由于各室內(nèi)外表的溫度均與室內(nèi)空氣溫度一致，即有「⑺—)或者 那么由式(3-21),可以得到通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱的表達(dá)式： m "。取〃 =+r) T&加⑺I + 工即川(& r)(r )1(3-22)六i 其中： HG——得熱，W/m2；下標(biāo)： wall——墻體、非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)。 conv對流換熱局部。 (2)通過非透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱與實(shí)際上通過該圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱傳入室內(nèi)熱量的差異在實(shí)際情況下，室內(nèi)其他各外表的溫度常常與室內(nèi)空氣溫度不一致，也

12、就是與前面的通過 圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱的定義條件不符。為了定量地求出實(shí)際上通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳到室內(nèi)的熱量以與通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱量"Gm/的差異，可以利用線性方程的疊加原理，將已經(jīng)線性化了的式(3-21)分為 兩局部，分別用于式(3-15)的求解，即一局部為式(3-22)所表達(dá)的由于室外氣象條件和室內(nèi)空氣溫度 決定的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度分布和通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱〃，另一局部為室內(nèi)其他外表溫度以7)與空 氣溫度不同以及室內(nèi)輻射源存在造成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫升、蓄熱和傳熱量。 用h。,「)表示由于室外氣象條件和室內(nèi)空氣溫度決定的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫度，或者說是滿足得 熱定義條件下形成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度，相當(dāng)于圖3-10中的墻體溫

13、度分布曲線實(shí)線局部，表示由于室內(nèi)其他外表溫度與空氣溫度不同以及室內(nèi)輻射源存在，即與得熱定義條件存在差異的部 分造成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度分布的差值，相當(dāng)于圖3-1()中實(shí)線與虛線之間的差異局部，即有： t(x, r) = ti (x, r)+ M (x, r)(3-23) 那么由式(3?15)、(3-16)和(3-21)可得出： —L + ———=a(x)—+ a(x)——廣 + ———L +(3-24)dr dr dx1 dx1 dx dx dx dx (3-25) - 4(0,- 42(°")】+ Qsol + Qlw,out 一(4I.L)登上。 m (N r) + A/2(J

14、,r)-ruM(r)] + ^arj[t} (J,r) + Ar2(^r)-ry (r)]- Qsbwj=i(3-26) =一〃x)4 l.w 1*3axdx. 當(dāng)室內(nèi)側(cè)沒有任何短波輻射影響且室內(nèi)各外表溫度僅C等于空氣溫度之加(7)時，由式(3-24)、 (3-25)和(3-26)有： 型=心)口 + 9包(3-27)dr ^x2dx ?？凇弧?儀〃(7)- 八(0，項(xiàng) + Qsol + Qlw.out = -“X)& l.xM)328)a m占 斯 M 3")- %“")] + 工%，#| ◎ r) 一 %〃(r)l = 一〃幻釜 M(319)j=\次 通過式(3-27)?(3

15、-29)可求得由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)在室外氣象條件和室內(nèi)空氣溫度作用下傳熱過程決定 的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度分布八。而此時式(3-29)描述的通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表傳入室內(nèi)的熱量，就相當(dāng)于式 (3-22)所表達(dá)的通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱HGwaii： HGw(ln = -4x)久 ?。 a 結(jié)合式(3-24)?(3-29)可求出與得熱定義條件存在差異的局部造成的闈護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度與熱傳導(dǎo) 量的差值△3必=川幻烏 +現(xiàn)也華(3-30) （3-31） （3-32） 4a 2（o,7）=如）登 k（3『）+WX 心2（亂 T）-。⑺+。加⑺]-Qsh = 4 ㈤段1 lw ? iL-vV J=l 式(3?30卜(

16、3-32)給出的是圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際內(nèi)部溫度分布與得熱定義條件下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度分布的 差值，以及實(shí)際通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量與通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱的差值。式(3-32)所示的是實(shí)際通 過圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量與通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱的差值，而這個熱量的差值就相當(dāng)于式(3-21)與式 (3-22)的差值，即： S42 ^Qwall ~ HG|lY?〃(7)—Qwm/.cwW = 〃X)———lx=5戊(3-33) in=Qshw-《〃血(b，T) - 2 a,.j [42 ◎ 7)-。(r) + 九〃(明 j=i 為了表述方便，在這里把&?“”〃稱作圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際傳熱量與得熱的差值。如果室內(nèi)各外表溫度

17、高 于空氣溫度，且有短波輻射，那么dQ.〃是正值，即實(shí)際條件下通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱傳到室內(nèi)的熱量小于 上述定義的通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱量。反之那么/Rm〃為負(fù)值，實(shí)際條件下通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱傳到室內(nèi)的 熱量大于上述定義的得熱量。 通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱 透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括玻璃門窗和玻璃幕墻等，是由玻璃與其他透光材料如熱鏡膜、遮光膜等 以及框架組成的。通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳遞過程與非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)有很大的不同。由于透光圍護(hù) 結(jié)構(gòu)可以透過太陽輻射，而且這局部熱量在建筑物熱環(huán)境的形成過程中發(fā)揮了重要的作用，因此通 過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成的顯熱得熱包括兩局部：通過玻璃板壁的傳熱量和透過玻璃的日射輻射得熱量.

18、這兩局部傳熱量與透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的種類及其熱工性能有重要的關(guān)系。 玻璃窗由窗框和玻璃組成見圖3-11。窗框型材有木框、鋁合金框、鋁合金斷熱框、塑鋼框、斷 熱塑鋼框等；窗框數(shù)目可有單框(單層窗)、多層框(多層窗)；單框上鑲嵌的玻璃層數(shù)有單層、雙 層、三層，稱作單玻、雙?；蛉４埃徊Ａ又g可充氣體如空氣(稱作中空玻璃)、氮、氮、氮等， 或有真空夾層，密封的夾層內(nèi)往往放置了干燥劑以保持氣體干燥；玻璃類別有普通透明玻璃、有色 玻璃、吸熱玻璃、反射玻璃、低輻射(low-e)玻璃、可由電信號控制透射率的電致變色玻璃等；玻 璃外表可以有各種輻射阻隔性能的鍍膜或貼膜，如反射膜、low-e膜、有色遮光膜等，有的

19、在兩層玻 璃之間的中空夾層中架I?2層low-e熱鏡膜。有的透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中還含有如磨沙玻璃、乳白玻璃、 等半透明材料或者太陽能電池板。玻璃幕墻除了面積比玻璃窗大，沒有窗框而有隱式的或明式的框 架支撐以外，其熱物性特點(diǎn)和玻璃窗基本一樣。 圖3-11雙層中空窗的構(gòu)造 由于透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻往往低于實(shí)體墻，例如實(shí)體墻傳熱系數(shù)很容易到達(dá)OSW/nfC以下， 但普通單層玻璃窗的傳熱系數(shù)高于5W/m2，C,雙層中空玻璃窗也只能到達(dá)3W/m2。。左右。所以透光 圍護(hù)結(jié)構(gòu)往往是建筑保溫中的最薄弱的一環(huán)。玻璃窗或玻璃幕墻采用不同種類的玻璃層數(shù)和特殊的 夾層氣體，目的主要是盡量增加玻璃的傳熱熱阻，防止冷橋

20、。例如如果單框窗的熱阻仍然達(dá)不到要 求，可以安裝雙層窗：采用不同類型的玻璃和鍍膜，那么可以解決采光與遮陽隔熱的矛盾。 3.2.2.1 通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量 由于有室內(nèi)外溫差存在，必然會通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)以導(dǎo)熱方式與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換。玻璃 和玻璃間的氣體夾層本身有熱容，因此與墻體一樣有衰減延遲作用。但由于玻璃和氣體夾層的熱惰 性很小，所以這局部熱慣性往往被忽略，將透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱近似按穩(wěn)態(tài)傳熱考慮。由此可得 出通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱得熱量為： = KwEd尸wind(L,m〃(3-34)其中： HGwind. cond——通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱得熱最，W; Gd——透光

21、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總傳熱系數(shù)，包括了框架的影響，W/m2℃； 5——透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總傳熱面積，nR下標(biāo)： wind玻璃窗或透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。 盡管式(3-34)右側(cè)的溫差給出的是室內(nèi)外空氣的溫差，但室外空氣通過玻璃板導(dǎo)熱進(jìn)入到室內(nèi)的 熱量并不全以對流換熱的形式傳給室內(nèi)空氣，而是其中有一局部以長波輻射的形式傳給了室內(nèi)其他 外表。因此式(3-34)的傳熱系數(shù)降溫的室內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)除對流換熱局部外，還應(yīng)該包含長波輻射的 折算局部。 不同類型的透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)有很大差異。即便是類型相同的透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，工藝 水平不同對傳熱系數(shù)也有很大影響。表3-2給出了局部類型玻璃窗的傳熱系數(shù)。圖3-12給出

22、了不同 玻璃層數(shù)、不同填充氣體、不同氣體層厚度和不同發(fā)射率的透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)。 蒙版嫉羋目髓*-E-雷群 0.5 10152025 夾層寬度nun q4、*蚓腎郎學(xué)書胎蟲-a-w闔 0.5 0 0510152025 夾層寬度mm 表3-2幾種主要類型玻璃窗的傳熱系數(shù)［1］［注］I.未注明玻病厚度的均為3mm厚玻璃，導(dǎo)熱系數(shù)為0.917 W/(m K)： 窗戶構(gòu)造 傳熱系數(shù) (W/m2℃) 窗戶構(gòu)造 傳熱系數(shù) (W/m2°C) 3 mm單玻窗(中國數(shù)據(jù))注 5.8 雙玻鋁塑窗，筑氣層12.7mm,— 層鍍 low-e 膜，e=0.1 2.22 3.2

23、 mm單玻，塑鋼窗 5.14 三玻鋁塑窗，空氣層12.7mm 2.25 3.2 mm單玻，帶保溫的鋁合金 框 6.12 三玻塑鋼窗，空氣層12.7mm,兩 層鍍 low-e 膜，e=0.1 1.76 雙玻鋁塑窗，空氣層12.7mm 3.0 三玻鋁塑窗，筑氣層12.7mm,兩 層鍍 low-e 膜，e=0.1 1.61 雙玻鋁塑窗,空氣層12.7mm, 一層鍍 low-e 膜，e=0.4 2.7 四玻鋁塑窗,氨氣層12.7mm或氟 氣層6.4mm,兩層鍍膜，e=0.l 1.54 雙玻鋁塑窗，氨氣層12.7mm, 一層鍍 low-e 膜，e=0.4 2.55 四

24、玻窗，保溫玻璃纖維塑框，氯 氣層12.7mm或氟氣層6.4mm,兩 層鍍膜，e=0.1 1.23 雙玻鋁塑窗，空氣層12.7mm, 一層鍍 low-e 膜，e=0.1 2.41 四玻不可開啟窗，保溫玻璃纖維 塑框，氧氣層12.7mm或氟氣層 6.4mm,兩層鍍膜，e=0.1 1.05 2.未注明不可開啟的為可開啟窗，含推拉和平開，尺寸為900X1500,日字框;3.不可開啟窗尺寸為1200X1200, □字框。 圖3-12垂直雙層和三層透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)中央部位的傳熱系數(shù)⑴ 注：普通玻璃發(fā)射率e=0.84, low-e膜發(fā)射率e=0.1 從圖3-12可以看到，由于自然對流的出現(xiàn)對增

25、加的導(dǎo)熱熱阻的抵消作用，玻璃間層的厚度在大 于13mm后對傳熱系數(shù)幾乎沒有什么影響，因此不應(yīng)企圖單純依靠增加玻璃間層的厚度來增加熱阻。窗框?qū)φ麄€玻璃窗的傳熱系數(shù)有著顯著的影響，例如雙玻塑鋼窗，筑氣層12.7mm, 一層鍍膜e=0.1, 玻璃中央部位的傳熱系數(shù)只有1.53 W/m2℃,但整窗的傳熱系數(shù)卻到達(dá)2.22 W/nfC。如果采用沒有 保溫的鋁合金窗框，那么整窗傳熱系數(shù)上升到3.7 W/n^C,因?yàn)椴ＡУ倪吘壘植亢痛翱虻膫鳠嵯禂?shù)比 較大。 從表3-2和圖3-12還可以看?到，low-c膜或者low-c玻璃可以明顯有效低降低透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的 傳熱系數(shù)，其原理在于low-e膜或low-e玻璃

26、具有對長波輻射的低發(fā)射率和高反射率。盡管普通玻璃 對長波輻射的透射率也很低，但對長波輻射的吸收率和發(fā)射率都比擬高。在冬夜，普通玻璃一方面 吸收了室內(nèi)外表的的長波輻射熱，另一方面又被室內(nèi)空氣加熱使其具有較高的外表溫度，因此會向 室外低溫環(huán)境以及低溫天空以長波輻射的方式散熱。如果玻璃窗有多層玻璃，那么內(nèi)層玻璃被加熱 后會向外層玻璃以長波輻射的形式傳熱，而外層玻璃又會以長波輻射的形式向室外散熱。而low-e 膜或low-e玻璃由于具有對長波輻射的低發(fā)射率、低吸收率和高反射率，能夠有效地把長波輻射反圖3-13照射到窗玻璃上的太陽輻射 圖3-13照射到窗玻璃上的太陽輻射 射I可室內(nèi)，降低玻璃的溫

27、升，同時其低長波發(fā)射率保證 其對室外環(huán)境的長波輻射散熱量也大大減小。即便是在 炎熱的夏季，low-e玻璃被室外空氣和太陽輻射加熱后向 室內(nèi)進(jìn)行長波輻射的散熱量也會顯著減少。由于這種長 波輻射的傳熱量可以折合到玻璃的總傳熱量中，長波輻 射換熱系數(shù)也可以折合在總傳熱系數(shù)中，這就是為什么 low-e膜或者low-e玻璃可以有效地低降低玻璃窗的總傳 熱系數(shù)的原因。 3.2.2.2 透過標(biāo)準(zhǔn)玻璃的太陽輻射得熱SSG 陽光照射到玻璃或透光材料外表后，一局部被反射 掉，全部不會成為房間的得熱；一局部直接透過透光外 圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入室內(nèi)，全部成為房間得熱量；還有?局部被玻璃或透光材料吸收，見圖3-13。被玻璃

28、 或透光材料吸收的熱量使玻璃或透光材料的溫度升高，其中一局部將以對流和輻射的形式傳入室內(nèi)， 而另一局部同樣以對流和輻射的形式散到室外，不會成為房間的得熱。 關(guān)于被玻璃或透光材料吸收后又傳入室內(nèi)的熱量有兩種計(jì)算的方法。?種方法是以室外空氣綜 合溫度的形式考慮到玻璃板壁的傳熱中，另一種方法是作為透過的太陽輻射中的一局部，計(jì)入太陽 透射得熱中。如果按后一種算法，透過玻璃窗的太陽輻射得熱應(yīng)包括透過的全部和吸收中的一局部。 (3-35) 透過單位面積玻璃或透光材料的太陽輻射得熱量的計(jì)算方法為： “。1/心燈=Di^glass.Diglass.dif W/m? 假定玻璃或透光材料吸熱后同時向兩側(cè)

29、空氣放熱，且兩側(cè)玻璃外表與空氣的溫差相等，那么由于 玻璃吸收太陽輻射所造成的房間得熱為： (3-36) HG g[a$,a = ~~~p ( / d + / 出/。時)W ,而其中 其中 /——太陽輻射照度，W/m2； 玻璃或透光材料的透射率; a——玻璃或透光材料的吸收率；R——玻璃或透光材料的外表換熱熱阻，i/t/W： 下標(biāo)Di——入射角為i的直射輻射；dif——散射輻射； glass玻璃或透光材料。 由于玻璃或透光材料的本身種類繁多，而且厚度不同，顏色也不同，所以通過同樣大小玻璃或 透光材料的太陽得熱量也不同。因此為了簡化計(jì)算，常以某種類型和厚度的玻璃作為標(biāo)

30、準(zhǔn)透光材料, 取其在無遮擋條件下的太陽得熱量作為標(biāo)準(zhǔn)太陽得熱后，用符號SSG (Standard Solar heat Gain)來表 示，單位為W/nA當(dāng)采用其他類型和厚度的玻璃或透光材料，或透光材料內(nèi)外有某種遮陽設(shè)施時， 只對標(biāo)準(zhǔn)玻璃的太陽得熱量進(jìn)行不同修正即可。 目前我國、美國和口本均采用3mm厚普通玻璃作為標(biāo)準(zhǔn)透光材料，英國以5mm厚普通玻璃作 為標(biāo)準(zhǔn)透光材料。雖然各國都采用的是普通玻璃，但由于玻璃材質(zhì)成分有所不同，故性能上有一定 的出入。我國目前生產(chǎn)的普通玻璃含鐵較多，斷面呈墨綠色。法向入射時透射率為0.8,反射率為 0.074,吸收率為0.126。而美國的普通玻璃法向入射時透射率

31、為0.86,反射率為0.08,吸收率為().06。 根據(jù)式(3-35)和(3-36),可得出入射角為，時標(biāo)準(zhǔn)玻璃的太陽得熱量SSG(W/m2)為： R SSG = (J Di%1asstDi + 1 difT gla$&dif)+~^~(lDiaDi + hlifadif)Kout + Kin RR=/Di( T Di + ~~~°： p a Di) + 1 dif(T dif + p_°： R a dif)(3-37) =/ Di8 Di + Jdif 8 dif - SSG 3 + SSG附式中g(shù)為標(biāo)準(zhǔn)太陽得熱率，下標(biāo)意義同式(3-35)和(3-36)。 322.3 遮陽設(shè)施對

32、透過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽輻射得熱的影響 為了有效遮擋太陽輻射，減少夏季空調(diào)負(fù)荷，采用遮陽設(shè)施是常用的手段。遮陽設(shè)施可安置在 透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外側(cè)、內(nèi)側(cè)，也有安置在兩層玻璃中間的。常見的外遮陽設(shè)施包括作為固定建筑構(gòu) 件的挑檐、遮陽板或其他形式的有遮陽作用的建筑構(gòu)件，也有可調(diào)節(jié)的遮陽蓬、活動百頁挑檐、外 百頁簾、外卷簾等。內(nèi)遮陽設(shè)施一般采用窗簾和百頁。兩層玻璃中間的遮陽設(shè)施一般包括固定的和 可調(diào)節(jié)的百頁。 遮陽設(shè)施設(shè)置在透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，對透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的遮陽作用是不同的。盡管 無論外遮陽還是內(nèi)遮陽設(shè)施，都可以反射局部陽光，吸收局部陽光，透過局部陽光。但對于外遮陽 設(shè)施來說，只有透過的局

33、部陽光才會到達(dá)玻璃外外表，其中有局部透過玻璃進(jìn)入室內(nèi)形成冷負(fù)荷。 被外遮陽設(shè)施吸收了的太陽幅射熱，一般都會通過對流換熱和長波輻射散到室外環(huán)境中而不會對室 內(nèi)造成任何影響。除非外卷簾全關(guān)閉，其所吸收太陽幅射熱量會有一局部通過卷簾內(nèi)外表的對流換 熱再通過玻璃窗傳到室內(nèi)。但這局部熱量所占比例也是很小的。 盡管內(nèi)遮陽設(shè)施同樣可以反射掉局部太陽輻射，但向外反射的一局部又會被玻璃反射回來，使 反射作用減弱。更重要的是內(nèi)遮陽設(shè)施吸收的輻射熱會慢慢在室內(nèi)釋放全部成為得熱，只是對得熱 的峰值有所延遲和衰減而已，因此對太陽輻射得熱的削減效果比外遮陽設(shè)施要差得多。 但外遮陽設(shè)施的缺點(diǎn)是比擬容易損壞，容易污染而降

34、低其反射能力，特別是可調(diào)百頁更是不易 清洗和維護(hù)。因此，把百頁安置在兩層玻璃之間是一種折衷的方法，例如雙層皮幕墻(Double-skin facade, Double-skin curtain wall)中間常常安裝有百頁。兩層玻璃中間安裝的遮陽設(shè)施盡管消除了外 遮陽設(shè)施的缺點(diǎn)，但由于遮陽設(shè)施吸熱后升溫會加熱玻璃間層的空氣，其中局部熱量會向室內(nèi)傳導(dǎo) 而降低r其隔熱能力。目前解決此問題的方法之一是在玻璃間層采取通風(fēng)措施，通過自然通風(fēng)或者 機(jī)械通風(fēng)把玻璃間層里的熱量排到室外，這樣就可以保證兩層玻璃中間安裝的遮陽設(shè)施的遮陽隔熱 作用更接近于外遮陽設(shè)施。 遮陽設(shè)施的遮陽作用用遮陽系數(shù)C來描述。其物理

35、意義是設(shè)置了遮陽設(shè)施后的透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu) 太陽輻射得熱最與未設(shè)置遮陽設(shè)施時的太陽輻射得熱最之比，包含了通過包括遮陽設(shè)施在內(nèi)的整個 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的透射局部和通過吸收散熱進(jìn)入室內(nèi)的兩局部熱量之和。 玻璃或透光材料本身對太陽輻射也具有一定的遮擋作用，用遮擋系數(shù)Cs來表示。其定義是太陽 輻射通過某種玻璃或透光材料的實(shí)際太陽得熱量與通過厚度為3mm厚標(biāo)準(zhǔn)玻璃的太陽得熱量SSG 的比值，同樣包含了通過玻璃或透光材料直接透射進(jìn)入室內(nèi)和被玻璃或透光材料吸收后乂散到室內(nèi) 的兩局部熱量總和。不同種類的玻璃或透光材料具有不同的遮擋系數(shù)。 表3-3和表3-4分別給出不同種類玻璃和透光材料本身的遮擋系數(shù)G和一些常見內(nèi)遮

36、陽設(shè)施的 遮陽系數(shù)Cn。 表3-3窗玻璃的遮擋系數(shù)Cs 玻璃類型 Cs 玻璃類型 Cs 標(biāo)準(zhǔn)玻璃 1.00 雙層5mm厚普通玻璃 0.78 5mm厚普通玻璃 0.93 雙層6mm厚普通玻璃 0.74 6mm厚普通玻璃 0.89 雙層3mm玻璃，一層貼low-e膜 3mm厚吸熱玻璃 0.96 銀色鍍膜熱反射玻璃 5mm厚吸熱玻璃 0.88 茶(棕)色鍍膜熱反射玻璃 6mm厚吸熱玻璃 0.83 藍(lán)色鍍膜熱反射玻璃 雙層3mm厚普通玻璃 0.86 單層low-e玻璃 表3-4內(nèi)遮陽設(shè)施的遮陽系數(shù)Cn(Shading Coe

37、fficient) 內(nèi)遮陽類型 顏色 Cn 白布簾 淺色 0.5 淺藍(lán)布簾 中間色 0.6 深黃、紫紅、深綠布簾 深色 0.65 活動百頁 中間色 0.6 322.4 通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽輻射得熱量 為求解通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際太陽得熱量，對標(biāo)準(zhǔn)玻璃的太陽得熱量進(jìn)行修正的方法包括 玻璃或透光材料本身的遮擋系數(shù)C,和遮陽設(shè)施的遮陽系數(shù)C。因此通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽輻射 得熱量HGwimi. solar可表為： 和近紅外線。 當(dāng)太陽照射到非透光的圍護(hù)結(jié)構(gòu)外外表時，一部 分會被反射，一局部會被吸收，二者的比例取決于圍 護(hù)結(jié)構(gòu)外表的吸收率（或反射率）。

38、不同類型的外表 對輻射的波長是有選擇性的，特別是對占太陽輻射絕 大局部的可見光與近紅外線波段區(qū)有著顯著的選擇 性，圖3-2給出了不同類型外表對不同波長輻射的反 射率。由圖3-2可以看到，黑色外表對各種波長的輻 射幾乎都是全部吸收，而白色外表對不同波長的輻射 反射率不同，可以反射幾乎90%的可見光。 圖3-2各種外表在不同輻 射波長下的反射率[4] 因此，對于太陽輻射，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外表越粗糙、 顏色越深，吸收率就越高，反射率越低。表3-1是各 種材料的圍護(hù)結(jié)構(gòu)外外表對太陽輻射的吸收率把 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表涂成白色或在玻璃窗上掛白色窗簾 可以有效地減少進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱。但應(yīng)該注意 到，絕大多數(shù)

39、材料的外表對長波輻射的吸收率和反射率隨波長的變化并不大，可以近似認(rèn)為是常數(shù)。 而且不同顏色的材料外表對長波輻射的吸收率和反射率差異也不大。除拋光的外表以外，一般建筑 材料的外表對長波輻射的吸收率都比擬高，基本都在0.9上下。 表3-1各種材料的圍護(hù)結(jié)構(gòu)外外表對太陽輻射的吸收率a 材料類別 顏色 吸收率a 材料類別 顏色 吸收率〃 石棉水泥板 鍍鋅薄鋼板 拉毛水泥面墻 水磨石 外粉刷 灰瓦屋面 水泥屋面 水泥瓦屋面 淺 灰黑 米黃 淺灰 淺 淺灰 素灰 暗灰 0.87 0.65 0.68 0.4 0.52 0.74 0.69 紅磚墻 硅酸鹽磚堵 混凝土

40、砌塊 混凝土墻 紅褐陶瓦屋面 小豆石保護(hù)屋面層 白石子屋面 油毛氈屋面 紅 青灰 灰 暗灰 紅褐 淺黑 0.45 0.65 0.73 0.65 ?0.74 0.65 0.62 0.86 玻璃對不同波長的輻射有選擇性，其透射率與入射波長的關(guān)系見圖3-3,即普通玻璃對于可見光 和波長為3用】】以下的近紅外線來說幾乎是透明的，但卻能夠有效地阻隔長波紅外線輻射。因此，當(dāng) 太陽直射到普通玻璃窗上時，絕大局部的可見光和短波紅外線將會透過玻璃，只有長波紅外線（也 稱作長波輻射）會被玻璃反射和吸收，但這局部能量在太陽輻射中所占的比例很少。從另一方面說, 玻璃能夠有效地阻隔室內(nèi)向

41、室外發(fā)射的長波輻射，因此具有溫室效應(yīng)。 隨著技術(shù)的開展，將具有低紅外發(fā)射率、高紅外反射率的金屬（鋁、銅、銀、錫等）采用真空 沉枳技術(shù)，在普通玻璃外表沉積一層極薄的金屬涂層，這樣就制成了低輻射玻璃，也稱作low-e （low-emissivity）玻璃。這種玻璃外外表看上去是無色的，有良好的透光性能，可見光透過率可以保 持在70?80%。但是，它具有較低的長波紅外線發(fā)射率和吸收率，反射率很高。普通玻璃的長波紅= (SSG DjX s + SSG 的)CS CnX winiiF]wind(3-38) 其中： HGwind. sol——通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽輻射得熱量，W； Xwind——

42、透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)有效面積系數(shù)(一般取單層木窗().7,雙層木窗0.6,單層鋼窗0.85,雙層鋼窗0.75)； Fwind透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)面枳，n[2； cn——遮陽設(shè)施的遮陽系數(shù)； Cs——玻璃或其他透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料對太陽輻射的遮擋系數(shù)； Xs—陽光實(shí)際照射面積比，即透明外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的光斑面積與透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積之比，可 以通過兒何方法計(jì)算求得。 外遮陽的作用往往可以反映在陽光實(shí)際照射面積比X,?上。由于挑檐、遮陽蓬或者局部翻開的外 百頁、外卷簾等外遮陽設(shè)施并不會把吸收的輻射熱又放到室內(nèi)，所以它的作用本質(zhì)上是減小透光外 圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的光斑面積，因此往往不用遮陽系數(shù)來表示，而用陽光實(shí)際照射

43、面積比來Xs表示。 322.5 通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱量HGwi”d 綜上所述，通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)總得熱量等于通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱得熱量與通過 透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽輻射得熱量之和，即可通過以下公式來求得： = HGwjn(j con(i(T)+(J-J，) =(windfZa.out((r)1 + fSSGDi(t)Xs + SSGdif(T)]CsCnXglass)Fwind其中： HGwind——通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱量，w/m2； HGwin&wd——通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱得熱量，w/nr： HGwmd㈤I——通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽輻射得熱量，W/m2o

44、 通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱進(jìn)入室內(nèi)的局部熱量有一局部是以玻璃外表的對流換熱形式進(jìn)入室內(nèi) 的，另一局部是以長波輻射的形式進(jìn)入室內(nèi)的?；蛘哒f，Kw加曲卬的室內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)只包含對流換熱 局部是不夠的，還應(yīng)該包含長波輻射局部，盡管這局部與其他室內(nèi)外表狀態(tài)有關(guān)，比擬難確定。 通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽輻射得熱量也分為兩局部，一局部是直接透射進(jìn)入室內(nèi)，另一局部 那么被玻璃吸收，然后再通過長波輻射和對流換熱進(jìn)入到室內(nèi)。 式(3-39)給出的得熱也是一種在一定假定條件下通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入到室內(nèi)的顯熱最。實(shí)際 上，與前面所述的通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱實(shí)際進(jìn)入室內(nèi)的熱量與得熱之間存在著差異相類似，上 述方法求得的

45、得熱量與通過透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際進(jìn)入室內(nèi)的熱量之間是有差異的。其原因有： (1)采用標(biāo)準(zhǔn)玻璃的太陽得熱量SSG求得的"G加心3局部與實(shí)際情況存在偏差，偏差的原因有二。 其一，因?yàn)閷?shí)際上室內(nèi)外溫度不同的情況居多，與前述的SSG定義中兩側(cè)玻璃外表與空氣之 間的溫差相等的假定不一致。比方，當(dāng)玻璃溫度處于室內(nèi)外空氣溫度之間時，即比一側(cè)高，又 比另一側(cè)低，那么玻璃只會向單側(cè)對流散熱，而不會向兩側(cè)對流散熱。其二，玻璃吸收太陽輻射 后，并不僅是通過對流換熱散熱，而且還會通過長波輻射來散熱。 (2)玻璃和透光材料吸收局部太陽輻射熱后，其內(nèi)部溫度分布與內(nèi)外表溫度會有顯著的改變，見圖 3-14。在這種情況下，即便

46、室內(nèi)外空氣溫度一定，通過玻璃的總傳熱量也會產(chǎn)生變化，因?yàn)椴?璃內(nèi)外表與室內(nèi)外表之間的輻射換熱量有所不同，玻璃內(nèi)外表與空氣之間的對流換熱量也有所 不同。 (3)當(dāng)室內(nèi)存在對玻璃內(nèi)外表的輻射熱源時，同樣也會導(dǎo)致通過玻璃的總傳熱量的改變。 圖3-14窗玻璃的溫度分布 322.6 通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱量的其他計(jì)算方法[1] 歐美國家多用太陽得熱系數(shù)SHGC (Solar Heat Gain Coefficient)來描述玻璃窗或玻璃幕墻的熱工 性能。太陽得熱系數(shù)SHGC涉及了直接透射進(jìn)入室內(nèi)的太陽幅射得熱和被玻璃吸收后又傳入室內(nèi)的 兩局部得熱，其定義為： nSHGC =7 + Z N人

47、ak(3-40) k=l其中r——玻璃窗的太陽輻射總透射率； 像——第k層玻璃的吸收率： 〃一玻璃的層數(shù)； M——第k層玻璃吸收的輻射熱向內(nèi)傳導(dǎo)的比率。 SHGC是一個無量綱的量。實(shí)際.上SHGC數(shù)值的大小與太陽幅射的入射角有關(guān)，包括直射輻射 和散射輻射的影響。最復(fù)雜的是其中的M與室內(nèi)的狀況有關(guān)，即與內(nèi)、外外表時流換熱系數(shù)、玻璃 窗總傳熱系數(shù)、室內(nèi)空間形狀和室內(nèi)外表的長波輻射特性有關(guān)。只有將玻璃窗的傳熱模型與室內(nèi)空 間的熱平衡模型聯(lián)立求解才可能準(zhǔn)確地求出用。目前只有在EnergyPlus等建筑熱模擬軟件包中采用 這種詳細(xì)求解的方法，而在一般工程應(yīng)用中，采用的是特定參數(shù)條件下的SHGC

48、值來作為玻璃窗的 評價指標(biāo)，即指定對流換熱系數(shù)和傳熱系數(shù)，不包含長波輻射的影響。這樣就可以利用玻璃的透射 率與入射角的關(guān)系給出玻璃窗在不同入射角下的SHGC值。 這樣，通過透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)得熱量為： Q = Km 〃/卬〃屈’","1"(不)一 Ji”“)1+ (SHGC)Fwe/ ( W)(3-41) 其中Kwind——透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總傳熱系數(shù)，W/m2℃； Fwinds——透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱面枳，【3； /——太陽輻射照度，W/m2o 為了方便求得透過各種不同類型透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽輻射得熱量，采用遮陽系數(shù)SC(Shading Coefficient)來描述不同類型透光

49、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工特性。其定義為實(shí)際透光外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的SHGC值 與標(biāo)準(zhǔn)玻璃的SHGC值的比，即： (3-42) SHGC(O)SHGCg)時 上式中的標(biāo)準(zhǔn)玻璃是美國的3 mm厚普通玻璃，法向入射時透射率為0.86,反射率為0.08,吸 收率為0.06。標(biāo)準(zhǔn)玻璃的SC值是1。在法向入射條件下，S，GC(8)何是0.87。 從物理意義上說，SC值就相當(dāng)于前面介紹的我國采用的玻璃的遮擋系數(shù)C,。采用SC參數(shù)的好 處是SC不隨太陽輻射光譜的變化而變化，也不隨入射角的變化而變化，而且對直射輻射和散射輻 射均適用。因此只要獲得各種透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的SC值，就可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)玻璃不同入射角的SHGC 口曲 求

50、出其太陽得熱系數(shù)，從而求出其得熱量。 322.7 通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的濕傳遞 一般情況卜，透過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水蒸汽可以忽略不計(jì)。但對于需要控制濕度的恒溫恒濕室或低溫 環(huán)境室等，當(dāng)室內(nèi)空氣溫度相當(dāng)?shù)蜁r，需要考慮通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲透的水蒸汽。 當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣的水蒸汽分壓力不相等時，水蒸汽將從分壓力高的一側(cè)向分壓力低的一側(cè) 轉(zhuǎn)移。在穩(wěn)定條件下，單位時間內(nèi)通過單位面積圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的水蒸汽量與兩側(cè)水蒸汽分壓力 差成正比，即通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的濕量為： 卬=Kv (Pom - Pin) kg/s nr(3-43)其中已“廠化〃是圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)水蒸汽分壓力差，單位為Pa；儲是水蒸汽滲透系數(shù)，單位是kg/(N$)或

51、 s/m,可按下式計(jì)算： (3-44)其中川八月"八A——分別是圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外表、外外表和墻體中封閉空氣間層的散濕系數(shù)，單位為 kg/(N-s)或 s/m,見表 3-5； 4/ 第i層材料的蒸汽滲透系數(shù)，kg?m/(N?s)或s,可參閱表3-6； 6——第i層材料的厚度，m。 表3-5圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表和空氣層的散濕系數(shù)⑴ 條件 散濕系數(shù)xl08(s/m) 條件 散濕系數(shù)xl0"s/m) 室外垂直外表 10.42 空氣層厚度10mm 1.88 室內(nèi)垂直外表 3.48 空氣層厚度20mm 0.94 水平面濕流向上 4.17 空氣層厚度30mm 0.21 水平面濕

52、流向下 2.92 水平空氣層濕流向上 0.13 水平空氣層濕流向下 0.73 表3-6材料的蒸汽滲透系數(shù)入，單位為kg-m/(N-s)或s⑴ 材料 容重(kg/rr?) 右,x 10已 材料 容重(kg/m') 4xl012 鋼筋混凝土 0.83 花崗巖或大理石 0.21 陶?；炷? 1800 2.50 膠合板 0.63 陶?；炷? 600 7.29 木纖維板與刨花板 2800 3.33 珍珠巖混凝土 1200 4.17 泡沫聚苯乙烯 1.25 珍珠巖混凝土 600 8.33 泡沫塑料 6.2

53、5 加氣混凝土與泡 沫混凝土 10(X) 3.13 用水泥砂漿的硅酸鹽破 或普通粘土磚砌塊 2.92 加氣混凝土與泡 沫混凝土 400 6.25 珍珠巖水泥板 0.21 水泥砂漿 2.50 石棉水泥板 0.83 石灰砂漿 3.33 石油瀝青 0.21 石膏板 2.71 多層聚氯乙烯布 0.04 注：文獻(xiàn)［I］中孤單位為g/(mm h mmHg),本書作了單位轉(zhuǎn)換。 由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫度不同，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成一定的溫度分布。在穩(wěn)定狀態(tài)下，第n層 材料層外外表的溫度，”為： /〃 = 1 a,in ~ K心〃-%

54、加)(，~ + Zg)(3-45)ain i=l 4 同樣，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣的水蒸汽分壓力不同，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部也會形成一定水蒸汽分壓 力分布。在穩(wěn)定狀態(tài)下，第n層材料層外外表的水蒸汽分壓力P”為： P〃= Pin- W *)(J + 良知(3-46)Pin /=1 ^vi 如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)任一斷面上的水蒸汽分壓力大于該斷面溫度所對應(yīng)的飽和水蒸汽分壓力，在此 斷面就會有水蒸汽凝結(jié)，見圖3-15。如果該斷面溫度低于零度，還將出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象。所有這些現(xiàn)象 將導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)增大，加大圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量，并加速圍護(hù)結(jié)構(gòu)的損壞。為此，對于圍 護(hù)結(jié)構(gòu)的濕狀態(tài)也應(yīng)有所要求。必要時，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)設(shè)

55、置蒸汽隔層或其他結(jié)構(gòu)措施，以防止圍 護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)水蒸汽凝結(jié)或凍結(jié)現(xiàn)象。 圖3-15圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)水蒸汽分壓力大于飽和水蒸汽分壓力，就會出現(xiàn)凝結(jié) 第三節(jié)以其他形式進(jìn)入室內(nèi)的熱量和濕量 其他形式進(jìn)入室內(nèi)的熱量和濕量包括室內(nèi)的產(chǎn)熱產(chǎn)濕(即內(nèi)擾)和因空氣滲透帶來的熱量濕量 兩局部。 3.3.1 室內(nèi)產(chǎn)熱產(chǎn)濕量 室內(nèi)的熱濕源一般包括人體、設(shè)備和照明設(shè)施。人體一方面會通過皮膚和服裝向環(huán)境散發(fā)顯熱 量，另一方面通過呼吸、出汗向環(huán)境散發(fā)濕量。照明設(shè)施向環(huán)境散發(fā)的是顯熱：工業(yè)建筑的設(shè)備(例 如電動機(jī)、加熱水槽等)的散熱和散濕取決于工藝過程的需要；一般民用建筑的散熱散濕設(shè)備包括 家用電器、廚房設(shè)施、食

56、品、游泳池、體育和娛樂設(shè)施等。 3.3.1.1 設(shè)備與照明的散熱 室內(nèi)設(shè)備可分為電動設(shè)備和加熱設(shè)備。加熱設(shè)備只要把熱量散入室內(nèi)，就全部成為室內(nèi)得熱。 而電動設(shè)備所消耗的能量中有局部轉(zhuǎn)化為熱能散入室內(nèi)成為得熱，還有局部成為機(jī)械能。這局部機(jī) 械能可能在該室內(nèi)被消耗掉，最終都會轉(zhuǎn)化為該空間的得熱。但如果這局部機(jī)械能沒有消耗在該室 內(nèi)，而是輸送到室外或者其他空間，就不會成為該室內(nèi)的得熱。 另外工藝設(shè)備的額定功率只反映裝機(jī)容量，實(shí)際的最大運(yùn)行功率往往小于裝機(jī)容量，而且實(shí)際 也往往不是在最大功率下運(yùn)行。在考慮工藝設(shè)備發(fā)熱量時一定要考慮到這些因素的影響。工藝設(shè)備 和照明設(shè)施有可能不同時使用，因此在考慮

57、總得熱量時，需要考慮不同時使用的影響。因此，無論 是在考慮設(shè)備還是考慮照明散熱的時候，都要根據(jù)實(shí)際情況考慮實(shí)際進(jìn)入所研究空間中的能顯，而 不是銘牌上所標(biāo)注的功率。 3.3.1.2 人體的散熱和散濕 人體的散熱和散濕量與人體的代謝率有關(guān)，在第四章中有詳細(xì)的介紹，在此不再贅述。 3.3.1.3 室內(nèi)濕源(1)如果室內(nèi)有一個熱的濕外表，水分被熱源加熱而蒸發(fā)，那么該設(shè)施與室內(nèi)空氣既有顯熱交換又有潛 熱交換。顯熱交換量取決于水外表與室內(nèi)空氣的傳熱溫差和傳熱面積，散濕量那么可用下式求得： W = 1000/(Q-乙)產(chǎn)生 g/s(3-47)B 其中 Ph水外表溫度下的飽和空氣的水蒸汽分壓力，Pa

58、： Pa——空氣中的水蒸汽分壓力，Pa； F—水外表蒸發(fā)面積，n?； Bo——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，101325 Pa： B 當(dāng)?shù)貙?shí)際大氣壓力，Pa： P 蒸發(fā)系數(shù)，kg/(N.s), ￡="+3.63x10%。一是不同水溫下的擴(kuò)散系數(shù),kg/(N-s),見表 3-7；水面上的空氣流速，m/s。 表3-7 不同水溫下的擴(kuò)散系數(shù) 水溫(℃) <30 40 50 60 70 80 90 100 4)X108 4.5 5.8 6.9 7.7 8.8 9.6 10.6 12.5 (2)如果室內(nèi)的濕外表水分是通過吸收空氣中的顯熱量蒸發(fā)的，而沒有其他的加熱熱源，也

59、就是說蒸 發(fā)過程是一個絕熱過程，那么室內(nèi)的總得熱量并沒有增加，只是局部顯熱負(fù)荷轉(zhuǎn)化為潛熱負(fù)荷而已。 (3)如果室內(nèi)有一個蒸汽散發(fā)源，那么加入蒸汽所含的熱量就是其潛熱散熱量。 3.3.1.4 室內(nèi)散熱顯熱得熱和總散濕量WMal綜上所述，室內(nèi)散熱得熱HGh是室內(nèi)設(shè)備的顯熱散熱、照明設(shè)備的顯熱散熱和人體顯熱散熱之和。 但是，室內(nèi)熱源散發(fā)的顯熱應(yīng)該包括對■流和輻射兩種形式。其中輻射散熱量也應(yīng)該包括兩局部：一 是以可見光與近紅外線為主的短波輻射，散發(fā)量與接受輻射的外表溫度無關(guān)，只與熱源的發(fā)射能力 有關(guān)，如照明設(shè)備發(fā)的光；二是熱源外表散發(fā)的長波輻射，如?般熱外表散發(fā)的遠(yuǎn)紅外輻射，散發(fā) 量與接受輻射的外

60、表溫度有關(guān)。 所以，如果室內(nèi)有N個熱源，又有，〃個能夠接受到熱源輻射的室內(nèi)外表，那么這些熱源的總顯熱 得熱$可用下式表示： jV (3-48) HG h $ = 2 HG" s,i = 2rad i =Z HGH+ Z HGH.sh" + Z HGhJw”in 對長波輻射項(xiàng)進(jìn)行線性化，那么有: N m HGh0-a.""，"G， (3-49) 實(shí)際上，按照通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱的定義，熱源HG”./“.針對的內(nèi)外表溫度應(yīng)該是未受室內(nèi) 輻射影響的內(nèi)外表溫度A而不是實(shí)際外表溫度％。但在這里為簡單起見，采用了實(shí)際外表溫度來確 定長波輻射得熱。 室內(nèi)產(chǎn)濕量W”除圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入

61、室內(nèi)的水蒸汽量以外，還應(yīng)包括人體散濕量、室內(nèi)設(shè)備散濕量 和各種濕外表的散濕量，W 〃是所有這些散濕量之和。 (3-50) %=!>〃.，? 在室內(nèi)總冷負(fù)荷計(jì)算時往往需要知道室內(nèi)散濕源以熱單位W來度量的的總得熱量，因此需要把 室內(nèi)散濕源的散濕量W”折算為室內(nèi)熱濕源的潛熱得熱。0℃水蒸氣的汽化潛熱是2500kJ/kg,水蒸氣 的定壓比熱是1.84kJ/(kg.℃),即質(zhì)量為1g的溫度等于室溫的水蒸氣帶入到室內(nèi)空氣中的潛熱量為： (3-51) = (2500 + 1.84 其中： HGh.s——室內(nèi)熱源的顯熱得熱，W； HGh.l——室內(nèi)熱源的潛熱得熱，W； HGHmz ——室內(nèi)熱

62、源i的對流得熱，w； HGh/m——室內(nèi)熱源i的輻射得熱，W； HGhm ——室內(nèi)熱源i的短波輻射得熱，W； HGhm——室內(nèi)熱源i的長波輻射得熱，W： HGh“m——室內(nèi)熱源，的輻射得熱，W； tH. i——室內(nèi)熱源i的外表溫度，℃； tsf.J——室內(nèi)外表)的溫度，°C： ta.in——室內(nèi)空氣溫度，℃； W〃——室內(nèi)產(chǎn)濕量，g/So空氣滲透帶來的得熱”Gm/ 由于建筑存在各種門、窗和其他類型的開口，室外空氣有可能進(jìn)入房間，從而給房間空氣直接 帶入熱量和濕量，并即刻影響到室內(nèi)空氣的溫濕度。因此需要考慮空氣滲透給室內(nèi)帶來的得熱量。 空氣滲透是指由于室內(nèi)外存在壓力差，從而導(dǎo)

63、致室外空氣通過門窗縫隙和外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的其他 小孔或洞口進(jìn)入室內(nèi)的現(xiàn)象，也就是所謂的非人為組織(無組織)的通風(fēng)。在一般情況下，空氣的 滲入和空氣的滲出總是同時出現(xiàn)的。由于滲出的是室內(nèi)狀態(tài)的空氣，滲入的是外界的空氣，所以滲 入的空氣量和空氣狀態(tài)決定了室內(nèi)的得熱量，因此在冷熱負(fù)荷計(jì)算中只考慮空氣的滲入。 對于形狀比擬簡單的孔口出流，流速較高，流動多處于阻力平方區(qū)，流速與內(nèi)外壓力差存在如 下關(guān)系： (3-52) 對于滲流來說，流速緩慢，流道斷面細(xì)小而復(fù)雜。此時可認(rèn)為流動處于層流區(qū)，流速與內(nèi)外壓 力差的關(guān)系為： voczlP(3-53) 而對于門窗縫隙的空氣滲透來說，多介于孔口出流和滲流之間。

64、但門窗種類繁多，一般?。? voczlP171-5(3-54) 所以通過門窗縫隙的空氣滲透量的計(jì)算式可寫為： La = vFcrack = alAPms = FdAPms(3-55)其中 La—通過門窗縫隙的空氣滲透量，m3/h； Fcrack 門窗縫隙面積，m2； Fd—— 當(dāng)量孔口面積，m3/(hPa">5), Fd=ah I——門窗縫隙長度，m； a——實(shí)驗(yàn)系數(shù)，取決于門窗的氣密性，見表3-8。 表3-8門窗叫氣密性系數(shù)a 氣密性好一般不好 縫寬(mm) ?0.2 ?0.5 1-1.5 系數(shù)〃 0.87 3.28 13.10 室內(nèi)外壓力差A(yù)P是決定

65、空氣滲透量的因素，一般為風(fēng)壓和熱壓所致。夏季時由于室內(nèi)外溫差比 較小，風(fēng)壓是造成空氣滲透的主要動力。如果空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)造成了足夠的室內(nèi)正壓，就只有室內(nèi)向 室外滲出的空氣，基本沒有影響室內(nèi)熱濕狀況的從室外向室內(nèi)滲入的空氣，因此可以不考慮空氣滲 透的作用。如果室內(nèi)沒有正壓送風(fēng)，就需要考慮風(fēng)壓對空氣滲透的作用。如果冬季室內(nèi)有采暖，那么 室內(nèi)外存在比擬大的溫差，熱壓形成的煙囪效應(yīng)會強(qiáng)化空氣滲透，即由于空氣密度差存在，室外冷 空氣會從建筑下部的開口進(jìn)入，室內(nèi)空氣從建筑上部的開口流出。因此在冬季采暖期，熱壓可能會 比風(fēng)壓對空氣滲透起更大的作用。在高層建筑中這種熱壓作用會更加明顯，底層房間的熱負(fù)荷明顯 要高于

66、上部房間的熱負(fù)荷，因此要同時考慮風(fēng)壓和熱壓的作用。 風(fēng)壓和熱壓對自然通風(fēng)的作用原理在第六章中將有較詳盡的介紹，此處不再贅述。由于準(zhǔn)確求 解建筑的空氣滲透量是一項(xiàng)非常復(fù)雜和困難的工作。因此，為了滿足實(shí)際工作需要，目前在計(jì)算風(fēng) 壓作用造成的空氣滲透時，常用的方法是基于實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的估算方法，即縫隙法和換氣次數(shù) 法。 (1)縫隙法 縫隙法是根據(jù)不同種類窗縫隙的特點(diǎn)，給出其在不同室外平均風(fēng)速條件卜.單位窗縫隙長度的空 氣滲透量。這是考慮了不同朝向門窗的平均值。因此在不同地區(qū)的不同主導(dǎo)風(fēng)向的情況下，給不同 朝向的門窗以不同的修正值。通過下式可以求得房間的空氣滲透量L(l (m3/h)： La = klal(3-56) 其中l(wèi)a——單位長度門窗縫隙的滲透量，m3/h m,見表3-9； I——門窗縫隙總長度，m； k——主導(dǎo)風(fēng)向不同情況下的修正系數(shù)，考慮到風(fēng)向、風(fēng)速和頻率等因素對空氣滲透量的影響， 見表3-10。 表3-9單位長度門窗縫隙的滲透量 門窗種類 室外平均風(fēng)速(m/s) 1 2 3 4 5 6 單層木窗 1.0 2.5 3.5 5.0 6.5