第二章 空气负荷计算与送风量

太阳直射辐射是指太阳平行光线直接投射到地面上的能量， 是有方向的，受到一系列因素影响。散射辐射可认为没有方 向性，在晴天它只占总辐射能量的一小部分，所以太阳直射 辐射是影响总辐射的主要因素。到达地面的直射辐射的方向， 决定于地球对太阳的相对位置。
（一）地球对太阳的相对位置
地球对太阳的相对位置
纬度（Φ ）：地球表面某地的纬度是该点对赤道平面偏北 或偏南之角位移（由地心度量） 。 太阳赤纬（ d ) ：太阳光线对地球赤道的角位移称为太阳赤纬， 亦即太阳与地球中心线和地球赤道平面的夹角。
人体热平衡和舒适感
《 采暖通风与空气调节设计规范 》 （ GB 50019 - 2003 ） 中规定采暖与空气调节室内的热舒适性指标宜为：-1 ≤PMV ≤＋ 1 , PPD ≈ 26 ％。
在实际应用中，丹麦有关公司已研制出模拟人体散热机 理直接测得室内环境 PMV 和 PPD 指标的仪器，可以很 方便地对房间热舒适性进行检测和评价。
第一节 室内外空气计算参数
一、室内空气计算参数
空调房间室内温度、湿度通常用两组指标来规定，即温度 湿度基数和空调精度。 室内温、湿度基数是指在空调区域内所需保持的空气基准 温度与基准相对湿度 ；空调精度是指在空调区域内，在工 件旁一个或数个测温（或测相对湿度）点上水银温度计 （或相对湿度计）在要求的持续时间内，所示的空气温度 （或相对湿度）偏离室内温（湿）度基数的最大差值。这 两组指标便完整地表达了室内温湿度参数的要求。 舒适性空调主要从人体舒适感出发确定室内温、湿度设计 标准，一般不提空调精度要求；工艺性空调主要满足工艺 过程对温湿度基数和空调精度的特殊要求，同时兼顾人体 的卫生要求。
（二）太阳辐射强度
1、太阳直射辐射强度 离开大气层上界 x 处的太阳直射辐射 强度I x的梯度与其本身强度成正比
dI x kI x dx
Il I 0ekl
Hale Waihona Puke k 值愈大，辐射强度衰减愈大，故 k 值称为消光系数，其大 小与大气成分、云量等有关。x为太阳光线的行进路程，即 太阳光线透过大气层的距离，可由太阳位置来计算。 当太阳位于天顶时（日射垂直地面），到达地面的太阳辐 射强度为
由于 PMV 指标的提出是在稳定条件下利用热舒适方程导 出的，而对于人们在不稳定情况下的多变环境，如由室外 或由非空调房间进入空调房间，或由空调房间走出，人的 热感觉不同。因此，国内外有人在进一步研究动态环境下 的热感觉指标。
人体热平衡和舒适感
（二）室内空气温湿度计算参数 室内空气温湿度设计参数的 确定，除了要考虑室内参数 综合作用下的舒适条件外， 还应根据室外气温、经济条 件和节能要求进行综合考虑。 1、舒适性空调
P. O .Fanger 收集了 1396 名美国与丹麦受试对象的冷热感觉 资料，提出了表征人体热反应（冷热感）的评价指标（ PMV -预期平均评价）:
人体热平衡和舒适感
PMV 指标代表了对同一环境绝大多数人的冷热感觉，因此 可用 PMV 指标预测热环境下人体的热反应。由于人与人之 间生理的差别，故用预期不满意百分率（ PPD ）指标来表 示对热环境不满意的百分数。 在 PMV = 0处， PPD 为 5 %。 这意味着，即使室内环境为最 佳热舒适状态，由于人们的生 理差别，还有 5 ％的人感到不 满意。 ISO7730 对 PMV - PPD 指标的推荐值为： PPD < 10 %， 即 PMV 值在－ 0 . 5 ～ + 0 . 5 之间。相当于在人群中允许有 10 ％的人感觉不满意。
夏季室外空气计算参数
2、夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度 夏季计算经围护结构传入室内的热量时，应按不稳定传热过程 计算，因此必须已知设计日的室外日平均温度和逐时温度。 夏季空调室外计算日平均温度应采用历年平均不保证 5 天的 日平均温度。 夏季空调室外计算逐时温度，可按下式确定
tsh twp t
人体热平衡和舒适感
综上所述，人体冷热感与组成热环境的下述因素有关：室 内空气温度；室内空气相对湿度；围护结构内表面及其它 物体表面温度;人体附近的空气流速；人体的衣着情况（衣 服热阻） 。 人的冷热感除与上述各项因素有关外，还和人体活动量及 年龄等因素有关。 1、新有效温度和舒适区 新有效温度 ET*是干球温度、湿度、空气流速对人体冷热 感的一个综合指标，该数值是通过对身着 0.6 clo 服装、静 坐在流速0.15m / s 空气中的人进行热感觉实验，并采用相 对湿度为 50 ％的空气温度作为与其冷热感相同环境的等效 温度而得出的。即同样着装和活动的人，在某环境中的冷 热感与在相对湿度为 50 ％空气环境中的冷热感相同，则后 者所处环境的空气干球温度就是前者的 ET *。
（三）冬季室外空气计算参数 由于冬季空调系统加热加湿所需费用小于夏季冷却减湿 的费用，为了便于计算，冬季围护结构传热量可按稳定传热 方法计算，不考虑室外气温的波动。因而可以只给定一个冬 季空调室外计算温度作为计算新风负荷和计算围护结构传热 之用。 冬季空调室外计算温度应采用历年平均不保证 1 天的日 平均温度。当冬季不使用空调设备送热风而仅使用采暖装置 供暖时，则应采用采暖室外计算温度。 由于冬季室外空气含湿量远较夏季小，且其变化也很 小，因而不给出湿球温度，只给出室外计算相对湿度值。冬 季空调室外计算相对湿度采用累年最冷月平均相对湿度。 （四）建筑环境分析专用气象数据集
人体热平衡和舒适感
2、人体热舒适方程和 PMV - PPD 指标
1984 年国际标准化组织根据 P.O.Fanger 教授的研究结果，提 出了室内热环境的评价与测量的新标准化方法（ ISO7730）。 在 ISO 7730 标准中以 PMV - PPD 指标来描述和评价热环境。 该指标综合考虑了人体活动强度，衣服热阻（衣着情况），空 气温度，平均辐射温度，空气流动速度和空气湿度等六个因素。 利用人体热平衡的原理，确定了 PMV 的数学表达式，并利用 概率分析方法，确定了 PMV 和 PPD 指标之间的数学关系式。
第二节 太阳辐射热对建筑物的热作用
一、太阳辐射热的基本知识
太阳辐射热量I是指一平方米黑体表面在太阳照射下所获得 的热量值。太阳射线在到达大气层上界时，垂直于太阳射线 方向的表面上的辐射强度 I 0＝ 1353 W / m 2(I 0亦称为太阳常 数）。 当太阳辐射线到达大气层时，其中一部分辐射能量被大气层 中的臭氧、水蒸汽、二氧化碳和尘埃等吸收。另一部分被云 层中的尘埃、冰晶、微小水珠及各种气体分子等反射或折射， 形成漫无方向的散射辐射，亦称天空辐射。其余未被吸收和 散射的辐射能，则仍按原来的辐射方向，透过大气层沿直线 继续前进，直达地面，故称此部分为直射辐射。到达地面的 太阳辐射能量是直射辐射能量和散射辐射能量之和。
tsh——室外计算逐时温度； twp——夏季空调室外计算日平均温度； β——室外温度逐时变化系数； △tτ——夏季室外计算平均日较差。
t twg twp 0.52
twg——夏季空调室外计算干球温度；
室外温度逐时变化系数 时刻 β 时刻 β 时刻 β 时刻 β 1 -0.35 7 -0.28 13 0.48 19 0.14 2 -0.38 8 -0.12 14 0.52 20 0.00 3 -0.42 9 0.03 15 0.51 21 -0.10 4 -0.45 10 0.16 16 0.43 22 -0.17 5 -0.47 11 0.29 17 0.39 23 -0.23 6 -0.41 12 0.40 18 0.28 24 -0.26
二、室外空气计算参数
计算通过围护结构传入室内或由室内传至室外的热量，都要 以室外空气计算温度为计算依据；另外，空调房间一般使用 部分新鲜空气供人体需要，加热或冷却这部分新鲜空气所需 热量或冷量也都与室外空气计算干、湿球温度有关。 （一）室外空气温、湿度的变化规律 1、室外空气温度的日变化 室外空气温度在一昼夜内的波动称为气温的日变化（或日 较差）。气温日变化是由于地球每天接受太阳辐射热和放 出热量而形成的。 在一段时间（比如一个月）内，可以认为气温的日变化是 以24小时为周期的周期性波动。
（一）人体热平衡和舒适感
周围环境温度（空气温度及围护结构、周围物体表面温度） 汗腺分泌 散热
周围物体表面温度决定了人体辐射散热的强度。
人体热平衡和舒适感
汗的蒸发强度不仅与周围空气温度有关，而且和相对湿度、 空气流动速度有关。 在一定温度下，空气相对湿度的大小，表示空气中水蒸 汽含量接近饱和的程度。相对湿度愈高，空气中水蒸汽 分压力愈大，人体汗分蒸发量则愈少。所以，增加室内 空气湿度，在高温时，会增加人体的热感，在低温时， 由于空气潮湿增强了导热和辐射，会加剧人体的冷感。 周围空气的流动速度是影响人体对流散热和水分蒸发散 热的主要因素之一 。气流速度大时，由于提高了对流换 热系数及湿交换系数，使对流散热和水分蒸发散热随之 增强，亦即加剧了人体的冷感。 以上各种热交换形式都受人体的衣着影响。衣服的热阻 大则换热量小，衣服的热阻小则换热量大。
地球对太阳的相对位置
时角（ h ) ：太阳时角是 指 O P线在地球赤道平面 上的投影与当地时间 12 点 时日、地中心连线在赤道 平面上的投影之间的夹角。 当地时间 12 点时的时角为 零。 地球上某一点所看到的太阳 方向，称为太阳位置。太阳 位置有两个角度表示：太阳 高度角β和太阳方位角 A 。 太阳高度角为太阳方向与水 平面的夹角，太阳方位角为 太阳方向的水平投影偏离南 向的角度。
2、气温的季节性变化
3、室外空气湿度的变化 空气的相对湿度取决于空气干球温度和含湿量，如果空气的 含湿量保持不变，干球温度增高，则相对湿度变小，干球温 度降低，则相对湿度加大。就一昼夜内的大气而论，含湿量 变化不大（可看作定值），则大气的相对湿度变化规律正好 与干球温度的变化规律相反。
（二）夏季室外空气计算参数 室外空气计算参数的取值，直接影响通过建筑围护结构的传 热量及处理新风的能耗，影响室内空气状态和设备投资。 1、夏季空调室外计算干，湿球温度 夏季空调室外计算干球温度应采用历年平均不保证 50h 的 干球温度；夏季空调室外计算湿球温度应采用历年平均不 保证 50h 的湿球温度。 所谓“不保证”，系针对室外空气温度状况而言；“历年 平均不保证”，系针对累年不保证总天数或小时数的历年 平均值而言的。 统计干球温度和湿球温度时，宜采用当地气象台站每天 4 次的定时温度记录，并以每次记录值代表 6h 的温度值。