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《室内热湿环境》课件
室内热湿环境的形成
室外气候包括温度、湿度、太阳 辐射等，是影响室内热湿环境的 重要因素。
室内设备如空调、暖气、加湿器 等，以及人员活动如人体散热、 照明等，也会对室内热湿环境产 生影响。
01
室内热湿环境是人类生活和工作 的主要环境，其形成主要受到室 外气候、建筑围护结构、室内设 备及人员活动等因素的影响。
室内热湿环境的影响因素
建筑围护结构
建筑物的保温、隔热性能以及窗 户、墙体等构造直接影响室内热 湿环境的形成。
人员活动
人体散发的热量和湿气，以及活 动产生的气流等，也是影响室内 热湿环境的重要因素。
01
室外气候
室外温度、湿度、太阳辐射等是 影响室内热湿环境的重要因素。
02
03
室内设备
空调、采暖设备以及家用电器等 的使用，会对室内热湿环境产生 显著影响。
气流速度的变化会影响人体对流散热和空气 交换，进而影响室内热湿环境的变化。
室内热湿环境的平衡与调节
01
室内热湿环境的平衡是指室内 各因素之间的协调与稳定状态 ，是保证人体舒适度和建筑节 能的重要条件。
02
通过合理的建筑设计和设备配 置，可以调节室内热湿环境， 使其达到平衡状态。
03
调节室内热湿环境的方法包括 使用空调、暖气、加湿器等设 备，以及合理控制室内外通风 换气等。
室内热湿环境在人体舒适度研究中的应用
人体舒适度模型
建立人体舒适度模型，研究不同热湿 环境下人体的生理和心理反应，为室 内热湿环境的优化提供科学依据。
人体散热与环境适应性
研究人体在不同热湿环境下的散热机 制和适应性，探讨人体对不同环境的 生理和心理需求，为室内环境的个性 化调节提供指导。
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01 湿热地区建筑热环境
y = -0.0192x2 + 1.0459x - 13.321 R² = 0.933
城市自然通风 城市分体空调 农村自然通风
30 35 空气温度（℃）
40
使用风扇环境
六月和十月
100%
湿度与辐射条件
室内ET*上限 城市自然通风31.6º C 城市分体空调31.0º C 农村自然通风33.0º C
湿热地区建筑热环境
张宇峰，华南理工大学建筑学院
中国热工设计分区
1
严寒
寒冷 夏热冬冷 温和
夏热冬暖（湿热）
广州
汇报提纲
人体热适应机理 节能计算参数 设备设计参数 建筑热环境智能控制
国家自然科学基金资助（50708038，50838003） 亚热带建筑科学国家重点实验室课题资助
人体热适应
季节习服—心率
90 夏季 冬季
自然通风
90
夏季 冬季
分体空调
y = 0.906x + 55.26 R² = 0.896
80 心率 (次/min)
心率 (次/min)
y = 0.989x + 47.10 R² = 0.917
80
y = 0.799x + 52.28 R² = 0.899
自然通风环境
三月，四月，十月，十一月，十二月 0.80 0.70
城市自然通风： 0.26±0.06m/s 城市分体空调： 0.09±0.04m/s 农村自然通风： 0.35±0.32m/s
空气流速（m/s）
风速
0.60 0.50 0.40 0.30
城市自然通 风
0.20 0.10 0.00
2建筑热湿环境调节技术
《室内环境质量》
▪ (3) 不可再生能源的使用 ▪ 以上两方面设计都是通过建筑物自身设计来实现最大限度地利用自然资源对建
筑物室内热湿环境进行控制在此基础上，如还不能满足建筑环境要求，则需要 借助不可再生能源为建筑提供相应的环境需求量，即采用主动式采暖空调系统。 集中式供热或空调系统需要消耗电能、燃料等大量不可再生能源，但只要能够 将建筑设计"被动式采暖通风以及主动式供热空调系统相结合，就能够大幅度 降低不可再生能源的使用，达到既能节约能源，又能营造舒适室内热湿环境的 目的，用最小的成本实现绿色建筑社会和经济效应的最大化。
《室内环境质量》
▪ (2) 自然资源在绿色建筑上的体现 ▪ 自然资源在绿色建筑上的体现包括冬季保温采暖、夏季隔热降温、自然通风、
自然采光等方面。利用自然资源的绿色建筑在建造过程中将产生不可避免的较 高投资，但如果能够在日后建筑使用期间合理使用，则在建筑全寿命周期中， 相比较普通用能建筑，能够在很大程度上达到节约能源的效果。
3
《室内环境质量》
建湿环境调节技术
▪ (1) 绿色建筑整体设计 ▪ 建筑室内热湿环境形成的最主要原因是各种外扰和内扰的影响，外扰主要包括
室外气候参数如室外空气温湿度、太阳辐射、风速、风向变化，以及邻室的空 气温湿度等等，均可通过围护结构的传热“传湿”空气渗透使热量和湿量进入 到室内，对室内热湿环境产生影响。内扰主要包括室内设备“照明”人员等室 内热湿源。如能在建筑设计阶段充分考虑建筑所在地域气候特征，通过建筑围 护结构本身设计，减少夏季热量获取和冬季热量损失，则可以减轻机械采暖空 调设备在建筑后期运行的压力，从而通过合理的建筑结构设计营造舒适、健康、 节能的绿色建筑。
绿色建筑与节能技术
《室内环境质量》
第三章建筑热湿环境(103)
室内产热与产湿 • 室内湿源包括人员、水面、产湿设备
– 散湿形式：直接进入空气 – 得热往往考虑围护结构和家具的蓄热，“得湿” 一般不考虑“蓄湿”
• 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
常规的送风方式空调需 要去除荷与得热有关，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？如果内表面 完全绝热呢？ – 房间的构造（角系数）
• 总得热：HGsolar＝HGglass,τ + HGglass,a
通过玻璃窗的得热 • 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：
实际照射面积比
窗的有效面积系数
HGsolar = ( SSGDi X s + SSGdif )CsCn X glassFwindow
• 增透覆层（保证可见光的透过率）~太阳光过滤成“冷光源”！ • 高透光型（冬季型、高近红外线透过率），低透光型（遮阳型）
（5）中空玻璃（双层玻璃、中间抽真空、加充氩气、氪气）
• 吸热玻璃与LOW-E玻璃的组合
2、当量室外气温~室外空气综合温度tz
太阳直射 辐射 大气长波 • 辐射 太空散射 辐射 对流换 热
冷负荷温差法
常用的负荷求解法 • 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。
《建筑热湿环境》课件
湿环境
1 湿度的影响
湿度对人体健康和建筑材料有着重要影响， 需要合理控制室内空气湿度。
2 室内空气湿度的控制
通过通风、空调和湿度控制设备等手段，可 以控制室内空气湿度，提供良好的湿环境。
3 湿度的测量方法
使用湿度计等工具可以准确测量室内湿度， 帮助评估建筑热湿环境。
4 利用建筑设计降低室内湿度
采用合适的建筑设计和材料选择可以帮助降 低室内湿度，提供舒适的湿环境。
在建筑计过程中， 需要充分考虑热湿环 境对建筑舒适度和节 能性的影响。
建筑节能与热湿环境
节能建筑的目标
节能建筑的目标是通过合理的 热湿环境设计和能源利用，减 少建筑能耗。
热湿环境的影响
热湿环境对建筑能耗有着直接 的影响，需要在设计中考虑节 能需求。
节能建筑的热湿环境 设计
采用绝缘材料、合理的通风和 空调系统等措施，可以实现节 能建筑的良好热湿环境。
参考文献
1. 张XX，施XX. 建筑热湿环境[M]. 上海：上海科技出版社，2008. 2. Smith A, Johnson B. Understanding Building Physics: Principles and Applications[J]. London: Taylor & Francis, 2013.
重要性
了解建筑热湿环境对于提供舒适的居住环境和设计节能建筑至关重要。
热环境
热平衡
热平衡是指建筑内的热量输入 和输出达到平衡状态，在此基 础上实现舒适的温度。
人体热舒适度
人体热舒适度受到环境温度和 湿度的影响，建筑设计应考虑 提供舒适的热环境。
降低室内温度的方法
通过建筑设计和热量控制技术， 可以降低室内温度，提供更舒 适的热环境。
建筑热湿环境
外表面得热：
q
w (tw
w )
sI
Iy
w (tw
w )
sI w
I y w
w (tz
w )
4－16
4. 室外空气综合温度
tw
+
td(I)
=
tz
室外空气温度 当量空气温度 室外空气综合温度
Iy/w工程处理：
tz
tw
sI w
No4..11.11太阳辐射与室外空气综合温度
1. 大气透明度 dI x K dx
Ix
——呈指数衰减
I0 IN
I0
I0
法线直射强度：
IN I0 Pm
dIx
L
dx I1
IN
P=IL/I0=exp(-kL) L’=L/sinβ P——大气透明度（反应大 β m L / L 气污染、水蒸气等颗粒对日
我国将大气透明度 作了6个等级的分 区，1级最透明
大气透明度 P
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
0
2
4
6
8 10 12
月份
东京晴天的大气透明度逐月值4－7
我国的大气透明度分区
2 4
3
4 3
5 6
4
4－8
4.1 影响室内热环境的物理因素
4.1.1 太阳辐射与室外空气综合温度
1. 大气透明度
αw λ
导热特性：
tw
λ——墙体导热系数，W/mK
w
气体
液体
建筑材料
0.006～0.6
建筑热湿环境.ppt
成水蒸气，即由液态变为气态。
§1 太阳辐射对建筑物的热作用
一、围护结构外表面所吸收的太阳辐射热
1.非透光围护结构
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
§1 太阳辐射对建筑物的热作用
galss
10 1 r2 r 2n 10 2n
n0
10 1 r2 1 r 2 1 0 2
§1 太阳辐射对建筑物的热作用
两层半透明薄层的总透过率为：
galss
1 2
n0
1 2
n
1 2 1 12
空气的平均折射指数n=1.0；
在太阳光谱范围内，玻璃的平均折射指数n=1.526。
§1 太阳辐射对建筑物的热作用
射线单程通过半透明薄层的吸收百分比 0
对应其波长的材料的消光系数 K
射线在半透明薄层中的行程L
取决于：
半透明薄层对太阳辐射的吸收现象与大气层对太阳光辐射的吸 收规律相同，即不同波长的辐射按指数关系衰减：
低透low-e玻璃
§1 太阳辐射对建筑物的热作用
玻璃的吸收百分比a0 :
单层玻璃窗
入射
单程通过的吸收率
1
A
反射率 r
(1 -r
)(1 -a
o
2
)
r
C
(1 -r
2
)
(1
-a
o
2
)
r
(1 -r
)(1 -a
o
4
)
r
§1 太阳辐射对建筑物的热作用
一、围护结构外表面所吸收的太阳辐射热
1.非透光围护结构
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
§1 太阳辐射对建筑物的热作用
galss
10 1 r2 r 2n 10 2n
n0
10 1 r2 1 r 2 1 0 2
§1 太阳辐射对建筑物的热作用
两层半透明薄层的总透过率为：
galss
1 2
n0
1 2
n
1 2 1 12
空气的平均折射指数n=1.0；
在太阳光谱范围内，玻璃的平均折射指数n=1.526。
§1 太阳辐射对建筑物的热作用
射线单程通过半透明薄层的吸收百分比 0
对应其波长的材料的消光系数 K
射线在半透明薄层中的行程L
取决于：
半透明薄层对太阳辐射的吸收现象与大气层对太阳光辐射的吸 收规律相同，即不同波长的辐射按指数关系衰减：
低透low-e玻璃
§1 太阳辐射对建筑物的热作用
玻璃的吸收百分比a0 :
单层玻璃窗
入射
单程通过的吸收率
1
A
反射率 r
(1 -r
)(1 -a
o
2
)
r
C
(1 -r
2
)
(1
-a
o
2
)
r
(1 -r
)(1 -a
o
4
)
r
建筑环境学(3)
0.69
白石子屋面
油毛毡屋面
0.62
0.86
水泥瓦屋面 暗灰
2.半透明物体在太阳照射时
半透明物体对不同波长的太阳辐射的 吸收，反射和穿透有选择性。 结论：玻璃对可见光和波长为3μm 以下的短波红外线来说几乎是透明的， 但却能有效地阻止长波红外线辐射 玻璃属于半透明体：
单层半透明层中的光的行程
对流得热
显热
得 热
潜热
辐射得热
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。
§３-１ 太阳辐射对建筑物的热作用
一、围护结构外表面所吸收的 太阳辐射得热 二、室外空气综合温度 三、夜间辐射
一.围护结构外表面所吸收的太阳辐射得热
1. 太阳照射到非透明的围护结构外表面时；
不仅考虑了来自太阳对围护结构的短波 辐射，而且反映了围护结构外表面与天 空和周围物体之间的长波辐射。
有时这部分长波辐射是可以忽略的，这 时式就简化为
t z tair
I out
例:tz=30+0.73*800/23.3=55℃
三、夜间辐射
围护结构外表面与环境的长波辐射换热包括大 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：
HGwall = HGwall,conv + HGwall,lw
ain[t ( , ) ta ,in ( )] ar , j [t ( , ) ta ,in ( )]
j 1 m
=
HG——得热，W/m2
白石子屋面
油毛毡屋面
0.62
0.86
水泥瓦屋面 暗灰
2.半透明物体在太阳照射时
半透明物体对不同波长的太阳辐射的 吸收，反射和穿透有选择性。 结论：玻璃对可见光和波长为3μm 以下的短波红外线来说几乎是透明的， 但却能有效地阻止长波红外线辐射 玻璃属于半透明体：
单层半透明层中的光的行程
对流得热
显热
得 热
潜热
辐射得热
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。
§３-１ 太阳辐射对建筑物的热作用
一、围护结构外表面所吸收的 太阳辐射得热 二、室外空气综合温度 三、夜间辐射
一.围护结构外表面所吸收的太阳辐射得热
1. 太阳照射到非透明的围护结构外表面时；
不仅考虑了来自太阳对围护结构的短波 辐射，而且反映了围护结构外表面与天 空和周围物体之间的长波辐射。
有时这部分长波辐射是可以忽略的，这 时式就简化为
t z tair
I out
例:tz=30+0.73*800/23.3=55℃
三、夜间辐射
围护结构外表面与环境的长波辐射换热包括大 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：
HGwall = HGwall,conv + HGwall,lw
ain[t ( , ) ta ,in ( )] ar , j [t ( , ) ta ,in ( )]
j 1 m
=
HG——得热，W/m2
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波辐射：
tz
tair
aI
out
QL
out
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：
aI
tz
tair
out
19
天空辐射
(夜间辐射，有效辐射)
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：
5
第一节 太阳辐射对建筑物
的热作用
6
围
不同的表面对辐射的波长有选择性，黑色表
护
面对各种波长的辐射几乎都是全部吸收，而
结 构
白色表面可以反射几乎90％的可见光。
外
围护结构的表面越粗糙、颜色越深，吸收率
表
就越高，反射率越低。
面
所
吸
收
的
太
阳
辐 射
反射
吸收
热
7
8
太阳辐射在透光围护结构中的传递
吸收
out
[tz (
)
t(0,)] ( Fra bibliotek)t x
|x0
对室内侧长波辐射项进行线性化，则：
m
Ql
x
j
j
[Ti
4
(
)
T
4 j
(
)]
j 1
m
r, j[T ( , ) Tj ( )] j 1
m
r, j[t( , ) t j ( )] j 1
25
通过非透光围护结构的热传导
实际通过围护结构传入室内的热量为：
Qwall ,cond
(x) t x
|x
m
in[t( , ) ta,in ( )] r, j[t( , ) t j ( )] Qshw j 1
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
3
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。
16
室外空气综合温度
大气长 波辐射
太阳直 射辐射
太空散 射辐射
对流 换热
环境长波辐射
壁体得热
地面长
波辐射 地面反射辐射
17
室外空气综合
温度 Solar-air
60℃！
Temperature
35℃！
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
第三章
建筑热湿环境
1
主要内容
太阳辐射对建筑物的热作用 建筑围护结构的热湿传递
1 通过非透光围护结构的显热传递过程 2 通过透光围护结构的显热传递过程 3 通过围护结构的湿传递
以其他形式进入室内的热量和湿量 冷负荷与热负荷
1 基本原理，与得热之间的关系 2 负荷的计算方法
2
建筑热湿环境是如何形成的?
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？
15
影响玻璃对太阳辐射透射、反射率的因素
▪ 太阳辐射入射角 ▪ 玻璃的厚度 ▪ 玻璃材质
入射角越大透射率越小、反射率越大 玻璃越厚透射率、反射率越小
反射
透射
吸收率＋反射率＋透射率＝1
9
太阳辐射在透光围护结构中的传递
玻璃对辐射的选择性
可见光
近红外线 长波红外线
0.8
普通玻璃的光谱透射率
10
太阳辐射在透光围护结构中的传递
低透low-e玻璃
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。
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。
23
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：
t
2t a( x) t
a( x)
x2
x
x
边界条件：
out[ta,out ( )
11
low- e玻璃的透光选择性
一层low-e玻璃 ＋ 一层普通玻璃
反射率 透射率
12
太阳辐射在玻璃中传递过程
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 过率是阳光在半透明 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。
13
太阳辐射在透光围护结构中的传递
QL w[(xsky xg g )Tw4 xskyTs4ky xg gTg4 ]
20
第二节 建筑围护结构的
热湿传递
21
通过围护结构的显热得热
外表面对流换热
外表面日射通 过墙体导热
通过围护 结构的显 热得热
通过非透光围护结 构的热传导
两种方式机理不同
通过透光围护结 构的日射得热
22
通过非透明围护结构的热传导
方便推出的一个当量的室外温度。
壁体得热等于太阳辐射热量、长波辐射换热量和对流换热 量之和。建筑物外表面单位面积上得到的热量为：
q out (tair tw ) aI Qlw
out [(tair
aI
out
Qlw
out
) tw]
out (tz tw )
18
如果考虑围护结构外表面与天空和周围物体之间的长
围护结构传热 传湿
室内产热产湿
对流换热 (对流质交换)
导热 (水蒸汽渗透)
辐射
4
基本概念
得热(Heat Gain HG)：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。
对流得热
显热
得
热
辐射得热
潜热
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。
玻璃在界面上的反射、透过特性和内部的吸收特性：
ｒ——界面的反射百分比，a0——单程吸收百分比，
r 1
(1 1
a0 )2 (1 r)2 r 2 (1 a0 )2
a a0 (1 r ) 1 r(1 a0 )
14
(1 a0 )(1 r)2 1 r 2(1 a0 )2
太阳辐射在玻璃中传递过程
t(0, )] Qsol
Qlw,out
(x) t x
|x0
in[t( , ) ta,in ( )]
m j 1
xij
ij
[Ti
4
(
)
T
4 j
(
)]
Qshw
(x) t x
|x
初始条件：
t (x,0 ) = f (x)
内表面长波辐射
24
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：