黑球温度对房间热舒适性的影响分析

房间的热舒适性时， 由于外窗的辐射热大， 白天在室外 太阳辐射热的作用下， 外窗（ 特别是南窗） 表面 温度很 高； 夜间室外温度低时， 外窗表面温度又比较低， 所以 不能用黑球温度直接作为评价房间热舒适性的指标参 数。应该依据黑球温度与室内空气温度差， 及与围护 结构内表面温度差， 来综合评价房间的热舒适性。
②白天， 南窗内表面温 度 很 高 ， 可 以 到 达 ４０℃以 上， 夜间又很低， 在 ５℃以下。这是由于玻璃窗白天透 过较多的太阳辐射热， 夜间由于室外温度低又向室外 放出较多的热量。说明青藏高原的日辐射强烈， 昼夜 温差大。同时可以看出， 要提高房间夜间的热舒适性， 应在窗外加设保温窗帘。
③白天， 室内空气温度较高， 黑球温度介于各围 护结构内表面温度之间， 说明有的围护结构向黑球辐 射放热， 有的围护结构吸收辐射热。围护结构温度在 白天高于黑球温度的有南墙内表面温度和吊顶下表 面温度， 南墙内表面温度是由于集热墙传热的影响， 吊顶下表面温度是由于上风口热空气的影响， 而使其 表 面 温 度 较 高 。 但 是 白 天 室 内 黑 球 温 度 、空 气 温 度 及 围护结构内表面温度还是满足式（ ３） 。
０ 引言
对流环路式被动太阳房是应用较广泛的一种太 阳房（ 图 １） ， 具有集热快， 太阳能利用较高等特点［１］， 其 房间得热通过上下通风口循环的空气带入室内， 因此 室内空气温度与围护结构内表面温度可能有较大的 差异。目前， 提高被动式太阳房室内热环境的舒适性 是 国 内 外 的 一 个 研 究 重 点［２￣３］。本 文 通 过 分 析 黑 球 温 度 的测试原理， 并根据青藏铁路某车站的一栋对流环路 式被动太阳房的实测数据， 提出了采用室内黑球温度 与室内空气温度以及围护结构内表面温度的差值来 评价太阳房房间热舒适性的方法。
④房间黑球温度和围护结构内表面温度的日平 均温差小于 ４℃或黑球温度与室内空气温度的温差小 于 ５℃时， 房间的热舒适性是满意的。
参考文献
［１］ 喜 文 华 ． 太 阳 能 实 用 工 程 技 术 ［Ｍ］． 兰 州 ： 兰 州 大 学 出 版 社 ， ２００１
［２］ 弓南， 刘学民， 胡岚． 对热舒 适、空 气感 觉质 量及能 耗的 模拟 研 究［Ｊ］． 建筑热能通风空调， ２００４， ２３（１）： ９０－９３
温度计
黑球
图 ２ 黑球温度计
黑球温度计的测试原理： 黑球温度计与四周围护 结构进行的是辐射换热， 与周围空气进行的是对流换 热， 在这两部分热量达到平衡时， 温度计测出的数据 即为黑球温度。
黑 球 温 度 计 与 四 周 围 护 结 构 的 辐 射 换 热 量 为［４￣５］：
Biblioteka Baidu（ １）
式中： ＱＦ 为黑球温度计与四周表面的辐射换热量， Ｗ； ε０ 为黑球表面的黑度； δ０ 为辐射常数， 数值 ５．６７×１０－ ８ Ｗ／（ｍ２·Ｋ４）； Ｆ 为黑球表面面积， ｍ２； Ｘｉ 为黑球与四周表 面的辐射角系数； Ｔｐｉ 为四周围护结构温度， Ｋ； ＴＤ 为黑 球的温度， Ｋ。
第 ２６ 卷第 ５ 期 ２００７ 年 １０ 月
文章编号： １００３－０３４４（ ２００７） ０５－０７９－３
建筑热能通风空调 Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ ＆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
Ｖｏｌ．２６ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ． ２００７．７９￣８１
黑球温度对房间热舒适性的影响分析
张兴隆 董炳戌 马勇 樊玉杰
（ 兰州交通大学环境与市政工程学院）
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙｉｎ ｇ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈ ｅ Ｉｎ ｆｌｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｉｎ ｄ ｏ ｏ ｒ Ｂｕ ｂ ｂ ｌｅ Ｇｌｏ ｂ ｅ Ｔｅ ｍ ｐ ｅ ｒａ ｔ ｕ ｒｅ ｔ ｏ Ｒｏ ｏ ｍ Ｔｈ ｅ ｒｍ ａ ｌ Ｃｏ ｍ ｆｏ ｒｔ ａ ｂ ｌｅ
Ｚｈａｎｇ Ｘｉｎｇｌｏｎｇ， Ｄｏｎｇ Ｂｉｎｇｘｕ， Ｍａ Ｙｏｎｇ ａｎｄ Ｆａｎ Ｙｕｊｉｅ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｌａｎｚｈｏｕ Ｊｉａｏ Ｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）
黑球温度计与室内空气的对流换热量为［４￣５］：
（ ２）
式中： ＱＤ 为黑球温度计和周围空气的对流换热量， Ｗ； ｈ 为对流放热系数， Ｗ／（ｍ２·℃）； ｔＤ 和 ｔｎ 分别为黑球温度 和周围空气温度， ℃； ＴＤ＝ ｔＤ＋ ２７３。
当 黑 球 温 度 计 达 到 热 平 衡 时 ， ＱＦ＝ ＱＤ， 由 式（ １） 和 （ ２） 可得：
［３］ 被动式太阳房技术条件与热性能测试方法（ＧＢ／Ｔ１５４０５－９４）［Ｓ］ ［４］ 章熙民， 任泽霈． 传热学［Ｍ］． 北京： 中国建筑工业出版社， ２００１ ［５］ Ｎ Ｈ Ｗｏｎｇ， Ｈ Ｆｅｒｉａｄｉ， Ｐ Ｙ Ｌｉｍ． Ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｍｆｏｒｔ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ
ｎａｔｕｒａｌｌｙ ｖｅｎｔｉｌａｔｅｄ ｐｕｂｌｉｃ ｈｏｕｓｉｎｇ ｉｎ Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ［Ｊ］． Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， ２００２， ３７（９）： １２６７－１２７７
３ 试验数据及分析
取 ２００５ 年 １０ 月份三天的数据分析说明， 图 ３ 为 ２００５ 年 １０ 月 ３ 日被动式太阳房室内空气温度、黑球 温度以及各围护结构内表面温度的变化曲线图。表 １ 为 ２００５ 年 １０ 月 ３ 日 、４ 日 和 ５ 日 被 动 式 太 阳 房 室 内 空 气 温 度 、黑 球 温 度 及 围 护 结 构 内 表 面 温 度 白 天 、夜 间 以及全天的平均值。
空气通道
集热墙 玻璃幕墙
热空气 上通风口
下通风口 室内空气
图 １ 对流环路式被动太阳房集热示意图
１ 黑球温度计及其测试原理
黑球温度计是测量四周一切辐射源发出的投射
收稿日期： ２００６－ １０－ ２８ 作者简介： 张兴隆（ １９８２￣） 男， 在读硕士研究生； 兰州交通大学 ８６＃（ ７３００７０） ； ０９３１－４９１０３０１； Ｅ－ｍａｉｌ： ＺＸＬ０９３１＠１２６．ｃｏｍ 基金项目： 铁道部青藏铁路科研项目（ 编号： ２００４Ｇ０４４－Ｂ）
④夜间， 室内空气温度较低， 黑球温度介于各围 护结构内表面温度之间。围护结构温度在夜间高于黑 球温度的有地面上表面温度， 这是由于地面白天吸收 太阳辐射蓄存的热量， 在夜间向室内空气放热引起 的 。 夜 间 室 内 黑 球 温 度 、空 气 温 度 及 围 护 结 构 内 表 面 温度也满足式（ ３） 。
图 ３ 太阳房室内空气温度、黑球温度和围护结构 内表面温度日变化曲线图（２００５．１０．３）
由图 ３ 和表 １ 可知： ①室内空气温度与围护结构内表面温度全天平均 值的温差在－ ２．２５～３．２８℃之间， 小于 ６℃， 符合建筑热 工对房间热舒适性的要求。黑球温度与室内空气温度
第 ２６ 卷第 ５ 期
表 １ 被动式太阳房室内空气温度、黑球温度和围 护结构内表面温度在各时段的平均值表
性好。 ②由于房间总有窗户存在， 室内的黑球温度白天
很高， 而夜间较低。黑球温度值的高低受窗户面的辐 射热影响较大， 所以房间黑球温度值不能直接反映房 间的热舒适性。
③黑球温度可以评价房间的热舒适性， 但不能单 纯地用黑球温度的绝对值来反映房间围护结构的辐 射热大小， 应该用黑球温度和各围护结构内表面温度 差来评价房间的热舒适性。
张兴隆等： 黑球温度对房间热舒适性的影响分析
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全天平均值的温差在 ０．０８～０．４６℃之间， 黑球温度与 围 护 结 构 内 表 面 温 度 全 天 平 均 值 的 温 差 在 － ２．６ ～ ２．８２℃之间， 说明该房间的辐射热小， 当人进入房间不 会因冷热辐射而产生不舒适感。通过对大量数据的研 究分析， 当黑球温度与室内空气温度的全天平均值差 小于 ４℃或与围护结构内表面温度差小于 ５℃时， 室内 空气温度与围护结构 内 表 面 温 度 的 差 均 小 于 ６℃， 符 合建筑热工对房间热舒适性的要求。
Ａｂｓｔ ｒ ａｃｔ ： Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｕｂｂｌｅ ｇｌｏｂｅ ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒ． Ｂａｓｅｄ ｔｈｅ ｌｏｎｇ－ｔｉｍｅ ｔｅｓｔ ｄａｔｅ ｏｆ ａ ｐａｓｓｉｖｅ ｓｏｌａｒ ｈｏｕｓｅ ｏｆ Ｑｉｎｇｈａｉ－Ｔｉｂｅｔ ｒａｉｌｗａｙ ｌｉｎｅ， ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｉｎｄｏｏｒ ａｉｒ， ｉｎｄｏｏｒ ｂｕｂｂｌｅ ｇｌｏｂｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｒｏｏｍ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｍｆｏｒｔａｂｌｅ ｗｅｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ， ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ａｉｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｂｕｂｂｌｅ ｇｌｏｂｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｖｅｌｏｐｅ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄ： ｐａｓｓｉｖｅ ｓｏｌａｒ ｈｏｕｓｅ， Ｑｉｎｇｈａｉ－Ｔｉｂｅｔ ｒａｉｌｗａｙ， ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｍｆｏｒｔａｂｌｅ， ｂｕｂｂｌｅ ｇｌｏｂｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｉｎｔｅｒｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
试验测试的室内参数有： 室内空气温度、室内黑球 温度、围护结构内表面温度（ 包括墙壁、地面、吊顶和外 窗） 。其中室内空气温度和围护结构内表面温度 采用 ＷＺＰ 型 号 的 热 电 偶 ， 精 度 为±０．２℃； 黑 球 温 度 采 用 ＰＴＷＤ－ ４ＡＤＬ－ ２ 黑球温度传感器， 精度为±０．２℃。所 有测试参数均为全天 ２４ 小时逐时自动记录， 每 １５ 分 钟记录一次。连续实验测试 １２ 个月。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! （ 上接 ７０ 页）
４ 结束语
采用 ＣＦＤ 软件对多种空冷汽轮 机 工 况 和 排 汽 管 道结构进行模拟计算并进行了分析、比较和研究， 初 步确定了直接空冷排汽管道系统简单模型和复杂模 型的详细结构。模拟结果与国内外实际成功运行的类 似项目较吻合。
在详细设计阶段， 将改善管道边界层网格划分， 考 虑水蒸汽通过管壁的传热， 进行三维空冷排汽管道的 汽液两相流数值模拟。有条件时， 采用风洞实验对模 拟结果进行验证。待工程完工后， 将继续进行跟踪实 验和验证， 以完善日后的设计。
摘 要： 本文通过分析黑球温度计的工作原理， 依据青藏铁路某被动太阳房试验数据研究， 分析了太阳房室内黑 球温度、空气温度和围护结构内表面温度之间的关系， 提出用室内黑球温度和室内空气温度以及围护结构内表面 温度的温差来评价房间热舒适性的方法和依据。 关键词： 青藏铁路 被动式太阳房 热舒适性 黑球温度 围护结构内表面温度
（ ３）
由式（ ３） 可以得出： 黑球温度计要达到热量平衡， 黑球温度值应为位于周围空气温度和四周围护结构 温度之间， 不可能比二者都大或都小， 所以黑球温度 计可用来测试密闭空间辐射热的大小。
用黑球温度测试房间围护结构的辐射热， 来评价
２ 试验地点、测试内容及仪器
本试验的被动式太阳房位于海拔 ４７７６ ｍ 的青藏 高原， 是青藏铁路某车站的生活办公楼， 集热墙是对流 环路式快速集热墙。按照 《被动太阳房技术条件与热 性能测试方法》（ ＧＢ／Ｔ １５４０５－ ９４） 进行本试验的测试 工 作 ［３］。
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建筑热能通风空调
２００７ 年
到某处的辐射强度的仪器， 它采用 ０．５ ｍｍ 厚铜皮制 成的， 直径为 １５０ ｍｍ 的空心铜球（ 如图 ２） ， 球面涂以 烟炱胶水的混合物， 使球面获得尽可能大的黑度。铜 球上部有孔， 并插入温度计， 温度计插入到球心。由于 铜球的导热系数大， 内壁薄， 所以铜球表面温度和球 中心点的空气几乎相等。