建筑环境学 第六章 辐射得热与内扰
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第六章 辐射得热与内扰
6．1 太阳辐射的透过、吸收与反射 6．2 室外空气综合温度 6．3 透过玻璃窗的太阳辐射得热 6．4 房间内部产热量与产湿量的计算 6．5 房间围护结构内表面的辐射得热
前言
对于建筑物的热环境来说，辐射传热非 常重要。 辐射传热包括两个方面，一是太阳辐射 直接传给建筑物的热量，二是围护结构 内表面间的互辐射及内扰的辐射热传递。 影响建筑物热环境的另一个重要因素是 内扰。
围护结构外表面辐射换热
围护结构外表面与大气的辐射换热
由于大气的辐射面积远大于壁体面积，系统黑 度基本上等于壁体黑度，辐射换热可用平均温 度表示
辐射换热系数
由于a, b为接近的正数时，下式成立
辐射换热系数可简化为
对流与辐射总换热系数
对流和辐射的总换热量为
因此，通常将对流和辐射的换热系 数之和称为壁表面总换热系数
围护结构外表面与外界的实际辐射换热
实际辐射换热应为外表面对天空的辐射换热与 对地面的辐射换热之和：
围护结构外表面与天空和地面组成一封闭系 统，所以辐射角系数 外表面与天空的黑度等于外表面的黑度 外表面与地面的黑度等于外表面与地面黑度 的乘积
外表面与外界实际换热的简化
将外表面与外界实际换热的表达式展开，取 地面黑度近似为1，可得到
透过单位面积玻璃的太阳辐射得热量
直射和散射与各自透过率的乘积
玻璃吸收太阳辐射后造成的房 间得热
直射和散射与各自吸收率的乘积 Ra和Rr分别为玻璃外表面和内表面的热阻
上述方法为太阳辐射的通用计算方法
标准透光玻璃
玻璃种类很多，厚度也不同，为简
化起见，采用一种标准透光材料，取 其在无遮挡条件下的太阳得热量，作 为标准太阳得热量。其它玻璃则采用 修正系数。 我国采用3mm厚的普通玻璃作为 标准透光材料，当入射角为0时，透 过率、反射率和吸收率分别为0.8, 0.074, 0.126
6.3 透过玻璃窗的太阳辐射得热
透过玻璃窗向房间内的传热分为两部分 导热方式传入房间的热量 辐射方式进行房间的热量
由于玻璃的热惰性小，通过导热方式进
入房间的热量可按稳态传热考虑
透过玻璃窗的太阳辐射得热
透过玻璃窗的太阳辐射得热包括两部分 – 直接透过玻璃窗的太阳辐射 – 玻璃吸收太阳辐射后传入室内的热量
上式表明，实际换热除常规辐射外，还存 在一项夜间辐射qe。由于晚上天空当量温度 远低于环境温度，夜间辐射使得外表面散热 增多。
围护结构外表面向壁体内侧传 入的热量与室外综合温度
根据围护结构表面的热平衡方程，外表 面传入到壁体内侧的热量为
tz称为室外空气综合温度，表达式为
夜间辐射的影响
许多空调书籍和手册在计算围护结 构与外界的换热时不考虑夜间辐射的 影响，这种做法在夏季是偏安全的， 因为夜间辐射对围护结构有冷却效果； 而在冬季则使得计算的采暖负荷偏小， 不够安全 夜间辐射在夏季相当于2～3℃的安 全度，在冬季相当于采暖设计温度提 高3～5℃
半透明物体的吸收、反射与透过
射线在不同介质分界面上的反射百分比（折 射指数分别为n1和n2）
射线通过半透明薄层的吸收百分比
半透明薄层对太阳辐射的吸收与大气层 对太阳辐射的吸收规律相同
d为厚度；K为消光系数 对玻璃而言，当波长大于3m时，K值很大，可 近似认为不透明；对太阳光的主要波长范围，K 约为定值
半透明薄层的反射、吸收和透过
问题：当太阳光照射到两侧均为空气的半 透明薄层时，反射、吸收和透过各为多少？
光线在半透明薄层中的传递过程
阳光从外侧进入玻璃时，反射部分为r， 进入玻璃的为1-r；玻璃吸收部分为a(1-r) 到达玻璃内侧的为 (1-r) (1- a)；从玻璃内 侧反射回玻璃的为r(1-r) (1- a)；进入内侧 空气的为(1-r) 2(1- a)；被反射回的辐射经 玻璃吸收后剩下r(1-r) (1- a) a到达玻璃外 侧，反射部分为r2(1-r) (1- a) a ，…… 注：从两侧反射时的百分比均为r
6.2 室外空气综合温度
为什么引入室 外综合温度？
影响围护结构 外表面热平衡的 因素有哪些？
影响围护结构外表面热平 衡的因素
吸收的太阳辐射qS 吸收的地面反射辐射qR 与室外空气的对流换热qca 大气长波辐射qB 吸收的地面热辐射qg 向周围环境的热辐射qr0 向壁体内侧的传热量q0
各影响因素的计算回顾(1) 吸收的太阳辐射 直射与散射辐射强度与吸收率的乘积 吸收的地面反射 吸收率与反射辐射强度的乘积 室外对流换热
对流换热系数
各影响因素的计算回顾(2)
吸收的大气长波辐射 吸收率、长波辐射强度与角系数的乘积 向周围环境的热辐射 以围护结构外表面温度进行热辐射 吸收的地面热辐射 地面温度可用周围大气温度代替
单层半透明薄层的吸收、反射 和透过
太阳光照射到单层半透明薄层时的总 反射率、吸收率和透过率（分别为无 穷多项之和） 吸收率
反射率
透过率
双层半透明薄层的吸收、反射 与透过
利用同样的方法可以分析双层和多层 半透明薄层的总透过率、反射率及各 薄层的吸收率。双层半透明薄层的透 过率、反射率和每层的吸收率详见 《建筑热过程》第24至25页
6.1 太阳辐射的透过、吸收与反射
透过、吸收与反射所占的比率 反射率 吸收率 透过率 对不透明体透过率=0
不透明物体的吸收率
不透明物体的吸收率并非常数，其值与物性、 温度及表面状况（颜色、光洁度等）、射线的波 长和入射角 热辐射：0.76~20m的红外辐射，大气长波辐 射及其它各种辐射，吸收率等于同温度下物体的 黑度 太阳辐射： 0.38~0.76m，总能量46％；表面 颜色对可见光有强烈选择性，深颜色高于浅颜色 从法线方向开始，入射角在相当范围内吸收率 变化不大
标准玻璃太阳得热
分为太阳直射辐射得热量和散射 辐射得热量
遮阳系数
非标准玻璃或采用某种遮阳措施后，其太阳 辐射得热量与标准玻璃得热的比值称为该玻 璃的遮阳系数，用SC表示。 遮阳系数可分为对流遮阳系数SCC，辐射遮 阳系数SCR，全遮阳系数SC。
透过玻璃窗的太阳辐射得热量
6．1 太阳辐射的透过、吸收与反射 6．2 室外空气综合温度 6．3 透过玻璃窗的太阳辐射得热 6．4 房间内部产热量与产湿量的计算 6．5 房间围护结构内表面的辐射得热
前言
对于建筑物的热环境来说，辐射传热非 常重要。 辐射传热包括两个方面，一是太阳辐射 直接传给建筑物的热量，二是围护结构 内表面间的互辐射及内扰的辐射热传递。 影响建筑物热环境的另一个重要因素是 内扰。
围护结构外表面辐射换热
围护结构外表面与大气的辐射换热
由于大气的辐射面积远大于壁体面积，系统黑 度基本上等于壁体黑度，辐射换热可用平均温 度表示
辐射换热系数
由于a, b为接近的正数时，下式成立
辐射换热系数可简化为
对流与辐射总换热系数
对流和辐射的总换热量为
因此，通常将对流和辐射的换热系 数之和称为壁表面总换热系数
围护结构外表面与外界的实际辐射换热
实际辐射换热应为外表面对天空的辐射换热与 对地面的辐射换热之和：
围护结构外表面与天空和地面组成一封闭系 统，所以辐射角系数 外表面与天空的黑度等于外表面的黑度 外表面与地面的黑度等于外表面与地面黑度 的乘积
外表面与外界实际换热的简化
将外表面与外界实际换热的表达式展开，取 地面黑度近似为1，可得到
透过单位面积玻璃的太阳辐射得热量
直射和散射与各自透过率的乘积
玻璃吸收太阳辐射后造成的房 间得热
直射和散射与各自吸收率的乘积 Ra和Rr分别为玻璃外表面和内表面的热阻
上述方法为太阳辐射的通用计算方法
标准透光玻璃
玻璃种类很多，厚度也不同，为简
化起见，采用一种标准透光材料，取 其在无遮挡条件下的太阳得热量，作 为标准太阳得热量。其它玻璃则采用 修正系数。 我国采用3mm厚的普通玻璃作为 标准透光材料，当入射角为0时，透 过率、反射率和吸收率分别为0.8, 0.074, 0.126
6.3 透过玻璃窗的太阳辐射得热
透过玻璃窗向房间内的传热分为两部分 导热方式传入房间的热量 辐射方式进行房间的热量
由于玻璃的热惰性小，通过导热方式进
入房间的热量可按稳态传热考虑
透过玻璃窗的太阳辐射得热
透过玻璃窗的太阳辐射得热包括两部分 – 直接透过玻璃窗的太阳辐射 – 玻璃吸收太阳辐射后传入室内的热量
上式表明，实际换热除常规辐射外，还存 在一项夜间辐射qe。由于晚上天空当量温度 远低于环境温度，夜间辐射使得外表面散热 增多。
围护结构外表面向壁体内侧传 入的热量与室外综合温度
根据围护结构表面的热平衡方程，外表 面传入到壁体内侧的热量为
tz称为室外空气综合温度，表达式为
夜间辐射的影响
许多空调书籍和手册在计算围护结 构与外界的换热时不考虑夜间辐射的 影响，这种做法在夏季是偏安全的， 因为夜间辐射对围护结构有冷却效果； 而在冬季则使得计算的采暖负荷偏小， 不够安全 夜间辐射在夏季相当于2～3℃的安 全度，在冬季相当于采暖设计温度提 高3～5℃
半透明物体的吸收、反射与透过
射线在不同介质分界面上的反射百分比（折 射指数分别为n1和n2）
射线通过半透明薄层的吸收百分比
半透明薄层对太阳辐射的吸收与大气层 对太阳辐射的吸收规律相同
d为厚度；K为消光系数 对玻璃而言，当波长大于3m时，K值很大，可 近似认为不透明；对太阳光的主要波长范围，K 约为定值
半透明薄层的反射、吸收和透过
问题：当太阳光照射到两侧均为空气的半 透明薄层时，反射、吸收和透过各为多少？
光线在半透明薄层中的传递过程
阳光从外侧进入玻璃时，反射部分为r， 进入玻璃的为1-r；玻璃吸收部分为a(1-r) 到达玻璃内侧的为 (1-r) (1- a)；从玻璃内 侧反射回玻璃的为r(1-r) (1- a)；进入内侧 空气的为(1-r) 2(1- a)；被反射回的辐射经 玻璃吸收后剩下r(1-r) (1- a) a到达玻璃外 侧，反射部分为r2(1-r) (1- a) a ，…… 注：从两侧反射时的百分比均为r
6.2 室外空气综合温度
为什么引入室 外综合温度？
影响围护结构 外表面热平衡的 因素有哪些？
影响围护结构外表面热平 衡的因素
吸收的太阳辐射qS 吸收的地面反射辐射qR 与室外空气的对流换热qca 大气长波辐射qB 吸收的地面热辐射qg 向周围环境的热辐射qr0 向壁体内侧的传热量q0
各影响因素的计算回顾(1) 吸收的太阳辐射 直射与散射辐射强度与吸收率的乘积 吸收的地面反射 吸收率与反射辐射强度的乘积 室外对流换热
对流换热系数
各影响因素的计算回顾(2)
吸收的大气长波辐射 吸收率、长波辐射强度与角系数的乘积 向周围环境的热辐射 以围护结构外表面温度进行热辐射 吸收的地面热辐射 地面温度可用周围大气温度代替
单层半透明薄层的吸收、反射 和透过
太阳光照射到单层半透明薄层时的总 反射率、吸收率和透过率（分别为无 穷多项之和） 吸收率
反射率
透过率
双层半透明薄层的吸收、反射 与透过
利用同样的方法可以分析双层和多层 半透明薄层的总透过率、反射率及各 薄层的吸收率。双层半透明薄层的透 过率、反射率和每层的吸收率详见 《建筑热过程》第24至25页
6.1 太阳辐射的透过、吸收与反射
透过、吸收与反射所占的比率 反射率 吸收率 透过率 对不透明体透过率=0
不透明物体的吸收率
不透明物体的吸收率并非常数，其值与物性、 温度及表面状况（颜色、光洁度等）、射线的波 长和入射角 热辐射：0.76~20m的红外辐射，大气长波辐 射及其它各种辐射，吸收率等于同温度下物体的 黑度 太阳辐射： 0.38~0.76m，总能量46％；表面 颜色对可见光有强烈选择性，深颜色高于浅颜色 从法线方向开始，入射角在相当范围内吸收率 变化不大
标准玻璃太阳得热
分为太阳直射辐射得热量和散射 辐射得热量
遮阳系数
非标准玻璃或采用某种遮阳措施后，其太阳 辐射得热量与标准玻璃得热的比值称为该玻 璃的遮阳系数，用SC表示。 遮阳系数可分为对流遮阳系数SCC，辐射遮 阳系数SCR，全遮阳系数SC。
透过玻璃窗的太阳辐射得热量