2 建筑热工学基本知识

60
2.2.3
城市气候
一、城市气候特点 (1) 太阳直接辐射减少，散射辐射增多; 晴天减少，阴天、雾天增多;
天空透明度降低。
61
(2) 气温偏高，出现城市热岛现象。
62
(3) 风速减小
63
(4) 湿度减小 城市大部分为不透水的硬化表面，降雨后水分迅速被人工 排水管道排走，导致城市可供蒸发的水分少，空气湿度小。
64
二、城市热岛对环境的影响 (1) 形成热岛环流, 把城市边缘区工厂排放的污染带进市区。 (2) 酷热天气增多, 寒冷天气减少;空调能耗增多, 采暖能耗减少。
65
三、城市热岛产生的原因 (1) 人为热排放 人们生产和生活以及新陈代谢中排放出来的废热。 城市输入的各种能量最终是以热量形式散发到大气中。
风名
无风 软风 轻风 微风 和风 清风 强风 疾风 大风 烈风 狂风 暴风 飓风
目测标准
缕烟直上，树叶不动 缕烟一边斜，有风感 树叶沙沙响，风感明显 树叶及树枝动不息 树木细枝动摇 大枝摇动 粗枝摆动，电线呼呼响 树干摇摆，大枝弯曲迎风步艰 大枝摇摆，细枝折断 大枝折断，轻物移动 拔树 有重大损失 破坏严重，一片荒凉
活动
7
主观调节:
衣服
8
皮肤温度 生理调节 出汗 人体热平衡调节方式 主观调节 活动 衣着
人体生理调节与衣着相结合使人 适应四季气候变化 扩大生存范围
衣着 寒带 冷 人的生存范围
9
皮肤温度
出汗
热
热带
生理调节与舒适: 出汗 生理调节范围小 生理调节与健康: 不舒适 舒适
生理调节能力强
体质好
10
2.1.2 人体热感觉影响因素
24
空气温度 空气湿度 空气流速 壁面辐射温度 衣服热阻 新陈代谢率
PMV
热感觉度量标尺
25
• 2.1 室内热环境复习：
• 人体热平衡: 产热量 = 散热量 • 人体散热方式: 对流, 辐射, 蒸发 • 热平衡调节方式: 生理调节(皮肤温度, 出汗)
主观调节(活动量,衣着)
• 热感觉影响因素: 环境因素(空气温度、流速、湿度、壁面温度) 主观因素(新陈代谢率、衣服热阻)
热感觉 可量化的影响因素 因素1 因素2 因素3 散热方式 对流 辐射 蒸发
… 环境因素
11
散热方式
对流
环境影响因素
空气温度、空气流速
散热
得热
12
散热方式
辐射
环境影响因素
壁面温度
散热
得热
13
散热方式
蒸发: 呼吸 无感觉蒸发 出汗
环境影响因素
空气温度、 湿度
14
影响人体热感觉的因素:
热感觉
空气温度 空气流速 空气湿度 壁面温度 新陈代谢率 衣服热阻
散热 散热
发热体, 散热体, 恒温体
人体热平衡: 产热量 = 散热量
人体健康基本条件
3
人体热天平
4
散热
环境 随气候变化
动态热平衡 人体具有热调节方式: 生理调节 主观调节
5
生理调节: 环境变冷(热) 皮肤毛细血管收缩(膨胀) 血流量减少(增加) 皮肤温度下降(上升, 出汗) 保持热平衡
6
主观调节:
48
类型: (1) 大气环流 (2) 季风 (3) 地方风
49
(1) 大气环流
50
(2) 季风(海陆风)
51
(3) 地方风
52
风的垂直分布: v0 v/ v0
100% 90% 50%
边界层
53
风的垂直分布:
边界层 边界层
54
五、气候调节 地面对太阳热量进行分配:
蒸发 吸热
反射 加热空气
衣服热阻R
在满足人体热平衡的范围内找出热舒适的充分条件,得到热舒适方程
人体热舒适: f (t, , v, , R , m) = 0 热舒适指标: PMV = f (t, , v, , R , m)
(PMV : Predict Mean Vote )
23
PMV与人的主观感觉PPD的关系
(PPD: Percentage of Predict Dissatisfy)
居住建筑室内舒适性标准: 夏季26～28℃，冬季18～20℃
可居住性标准: 夏季不高于30℃，冬季不低于12℃
17
措施
热感觉
空气温度 空气流速 空气湿度 壁面温度 新陈代谢率 衣服热阻
暖气,空调 通风,风扇 加湿,除湿 辐射地板、墙体、顶棚
需要对热环境进行综合评价
18
多因素综合评价方法:
影响因素: 因素1 因素2 因素3 单一指标
对流
辐射
气、液
无需介质
传热量:
Q 单位:W ;
q
单位:W/m2
73
2.3.1 辐射传热
一、热辐射 电磁波 绝对温度 T > 0 (K)的物体都会向外辐射电磁波
也会接收外来电磁波
T1 T2 T = 273 + t (K) (℃)
74
电磁波分类:
75
电磁波分类:
76
二、物体接收热辐射的性能 性能参数: 反射系数ρ,吸收系数α, 透过系数 ρ+α+ =1 非透热材料 ρ+α=1 白体:ρ=1 黑体:α=1 透热体: =1
吸收
升温
地下储热
55
水的相变循环减少地面过热:
凝结 放热
蒸发 吸热
液(固) 放热
降水
蒸发 吸热
56
空气流动产生的风减少空气温差:
冷
热
57
风、水作用调节气候:
太阳辐射
气温
58
2.2.2
建筑热工设计气候分区
59
建筑热工设计分区及设计要求
分区指标 分区名称 主要指标 辅助指标 设计要求
严寒
寒冷
最冷月平均温度≤﹣10℃
第2章
2.1
建筑热工学基本知识
室内热环境
2.2
2.3 2.4
室外气候
建筑传热基本概念与原理 建筑围护结构传热计算方法
1
2.1
室内热环境
• 本节要点： 1.人体热平衡； 2.室内热环境因素； 3.室内热环境评价。
2
2.1.1
人体热平衡
人体与机器比较
热能机: 燃料 人体: 食物
产热 产热
做功 生命活动
日平均温度≤5℃的天数 ≥145
必须充分满足冬季保温要求， 一般可不考虑夏季防热
应满足冬季保温要求，部分 地区兼顾夏季防热 必须满足夏季防热要求，适 当兼顾冬季保温
最冷月平均温度0～﹣10℃ 日平均温度≤5℃的天数 90～145 日平均温度≤5℃的天数 0～90 日平均温度≥25℃的天数 40～110
77
影响因素: 表面材料: 材质、分子结构、表面光洁度 热辐射波长。
78
影响因素: 表面材料: 材质、分子结构、表面光洁度 热辐射波长。
短波
ρ高 刷白表面
长波
ρ低
α低
α高
79
影响因素: 表面材料: 材质、分子结构、表面光洁度 热辐射波长
高
低
80
温室效应
高
低
81
三、物体发射热辐射的性能 辐射体类型: 黑体, 灰体, 选择性辐射体
• 热环境综合评价方法
26
思考题： • 室内热环境因素中, 通过建筑设计能够最有效改善的有哪 些因素？
27
第2章
2.1
建筑热工学基本知识
室内热环境
2.2
2.3 2.4
室外气候
建筑传热基本概念与原理 建筑围护结构传热计算方法
28
2.2
室外气候
• 本节要点： 1.气候因素: 太阳辐射、空气温Hale Waihona Puke Baidu、空气湿度、风。 2.城市气候特点。
季节
连续5天的日平均气温
冬季
夏季
≤10℃
≥22 ℃
春、秋季
10～ 22 ℃
33
升温过程:
太阳辐射
地面
气温
34
气温变化滞后:
时刻
35
影响因素: 太阳辐射 地面状况: 地表覆盖材料, 地形 大气对流
地面温度
高、低温空气混合
36
三、空气湿度 (1) 水蒸气分压力P 单位：Pa
37
饱和水蒸气分压力Ps
夏热冬冷 最冷月平均温度0～10℃, 最热月平均温度25～30℃
夏热冬暖 最冷月平均温度＞10℃, 最 日平均温度≥25℃的天数 热月平均温度25～29℃ 100～200 温和 最冷月平均温度0～13℃, 最热月平均温度18～25℃ 日平均温度≤5℃的天数 0～90
必须充分满足夏季防热要求， 一般可不考虑冬季保温 部分地区应考虑冬季保温， 一般可不考虑夏季防热
空气温度1 空气湿度1 空气流速1
空气温度2(有效温度)
21
有效温度与空气温度、湿度、流速的关系图
舒适区
22
(2) PMV—PPD
人体热平衡: qm －qw －qc － qr = 0 其中: qm 产热量 qr 辐射散热量 qc 对流散热量 qw 蒸发散热量 影响参数:
新陈代谢率m
壁面辐射温度 空气温度t, 湿度, 流速v
68
• 2.2 室外气候复习：
• 太阳辐射、空气温度、空气湿度、风介绍。 • 热工设计气候分区: 严寒、寒冷、夏热冬冷、 夏热冬暖、温 和。
• 城市气候特点: 气温偏高、通风不良、形成热岛现象。
69
思考题：
• 决定气候的因素有哪些？人的活动可以影响气候的哪些方 面？
70
第2章
2.1
建筑热工学基本知识
66
(2) 地面状态改变 立体化的下垫面, 通风不良, 吸热多, 散热难。 不透水的硬化表面多, 蒸发散热小, 表面温度高。
45.1℃ 45
40
35
30
26.3℃
67
四、城市热环境改善措施 (1) 各行各业开展节能,减少人为热排放。 (2) 城市生态环境建设。 扩大绿地、水面 采用透水铺装 透水地砖
P< Ps
P = Ps
41
人感觉的空气干湿程度
Ps
42
(2) 相对湿度
人感觉的空气干湿程度
P Ps
相对湿度日变化
43
(3) 露点温度td
44
【例2-1】空气温度为18℃，相对湿度为60%，求露点温度td。
【解】由附录1查表得空气温度为18℃时饱和水蒸气分压力: Ps = 2062.5 Pa 已知相对湿度 为60%, 可算出水蒸气分压力： P = ×Ps =60%×2062.5=1237.5 Pa 以 1237.5 Pa为饱和水蒸气分压力，查附录1表得露点温度 td =10.1℃
室内环境因素
人体主观因素
6个因素的不同组合产生不同的热环境，各因素之间具
有互补性。
15
6个因素的组合达到热舒适时, 三种方式散热比例: 对流 辐射 25%～30% 45%～50%
呼吸和无感觉蒸发
25%～30%
16
2.1.3 室内热环境评价
单因素评价: 空气温度
空气温度 ＞34 ℃ 30~34 ℃ 28~30 ℃ 25 ℃ 18 ℃ ＜12 ℃ 感觉 100%的人感到热, 42.3%的人难以忍受 84%的人感到热, 14.5%的人难以忍受 30%的人感到热, 但可以忍受 舒适 5%坐着的人感到冷 80%坐着的人感到冷, 20%活动的人感到冷
29
2.2.1
室外气候因素
光谱: 波长0.2～3.0μm（1μm=10-6m） 能量: 辐射强度I，单位: W/m2 短波热辐射
一、太阳辐射
30
总辐射 = 直接辐射 + 散射辐射 影响因素: 太阳高度角 大气透明度 云量
31
太阳高度角:
32
二、气温 气温是常用的气候评价指标, 单位: ℃, ℉ (F =32+9/5 C)
45
四、风 风是水平方向的气流 形成: 空气压力差 (热压差) 高空气流: 热 冷 空气受热不均匀
地面气流: 冷
热
46
描述: 风向, 风来的方向 风速 单位: m/s
47
风级
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
风速(m/s)
0~0.5 0.5~1.7 1.8~3.3 3.4~5.2 5.3~7.4 7.5~9.8 9.9~12.4 12.5~15.2 15.3~18.2 18.3~21.5 21.6~25.1 25.2~29 >29
辐射能力:
T E C 100
4
单位:W／m2
C—辐射系数[W/(m2 · K4)]，黑体最大
82
黑体辐射光谱特点: 温度愈高，最大辐射力的波长愈短
太阳辐射(6000K黑体)
83
灰体辐射性能参数: 辐射系数C , 或黑度ε
……
优点: 有利于发挥各种热环境改善措施的作用, 降低能源消耗和经济成本。
19
(1) 有效温度
人的状态：薄衣、走动
热感觉相同
空气温度1 湿度1
空气温度2 湿度100%
空气温度1 空气湿度1
空气温度2(有效温度)
20
(1) 有效温度
人的状态：薄衣、走动
热感觉相同
空气温度1 湿度1 流速1
空气温度2 湿度100% 流速0
室内热环境
2.2
2.3 2.4
室外气候
建筑传热基本概念与原理 建筑围护结构传热计算方法
71
2.3
建筑传热基本概念与原理
• 本节要点： 1.三种传热方式的特点； 2.平壁热阻和热惰性指标； 3.材料导热系数; 4.空气间层传热特点。
72
传热基本概念: 条件: 温差 低温 固、气、液
方向: 高温 基本方式: 导热
湿空气 饱和湿空气
水蒸气
水蒸气饱和
蒸发
38
饱和水蒸气分压力Ps
空气容湿能力
气温 P
Ps
P≤ Ps 气温(℃) : 0 10 1225 20 2331 30 4232
39
Ps (Pa) : 609
饱和水蒸气分压力Ps 附录1查表
气温
40
空气中的水蒸气分压力P变化
气温升高 Ps大 气温降低 Ps小