4第四章第12节 太阳辐射热作用和热湿传递(工管).ppt

第 四 章 建筑环境中的热湿环境 热湿环境的影响因素 外扰： 室外气候参数：室外空气温湿度、太阳辐射、风 邻室的空气温湿度 内扰： 主要包括室内设备、照明、人员等室内热湿源 得热 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（Heat Gain——HG），包括： 潜热得热 显热得热 对流得热——如室内热源，围护结构内表面 辐射得热——如太阳辐射、照明器具 ——若得热量为负，则意味房间失去显热或潜热量 由于围护结构本身存在的热惯性，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。 第四章第一节 太阳辐射对建筑物的热作用 本节基本内容 围护结构外表面所吸收的太阳辐射热 非透明物体对太阳辐射的选择性 透明物体（玻璃）对太阳辐射的选择性 室外空气综合温度 围护结构外表面的热平衡 室外空气综合温度 夜间辐射 太阳光谱 太阳辐射能分布 太阳光谱组成：0.2～3.0 μm 能量峰值位于0.5 μm附近 紫外线区（0.2～0.4 μm）仅约占1%； 可见光区（0.4～0.76 μm）和红外线区，两者各约占一半； 其中红外线区中的短波红外线（波长3μm以下）的能量又占了大部分。 一般高温工业热源的辐射均为长波辐射，波长为5μm以上 反射、吸收、透射 当太阳辐射到物体上时，部分会被反射（ρ），部分会被吸收（a），部分透射（τ）,有 ρ + a + τ = 1 当照射到非透明的围护结构上时，τ = 0。 ρ + a = 1 围护结构到底吸收多少太阳辐射能取决于表面的吸收率a（或反射率ρ） 不同表面对太阳辐射的反射 黑色表面对各种波长的辐射几乎都是全部吸收 黑色表面对各种波长辐射的反射率一致，且很小，约0.02 白色表面对不同波长的辐射反射率不同，但可以反射几乎90%的可见光，对短波红外线的反射率也很高。 白色的外围护结构表面或在玻璃窗上挂白色窗帘可有效减少进入室内的太阳辐射热 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。 各种材料围护结构外表面对太阳辐射的吸收率 玻璃对不同波长的辐射有选择性 玻璃透过率与入射波长的关系 玻璃对可见光和3μm以下的短波红外线（太阳辐射能量集中所在），几乎是透明的 能有效阻隔长波红外线辐射 玻璃对辐射不是完全的透明体 太阳直射在普通玻璃窗上时： 绝大部分的可见光和短波红外线将会透过玻璃 只有长波红外线（也称长波辐射）会被玻璃反射和吸收 单层半透明薄层中的光的行程 r——空气-半透明薄层界面的反射百分比 半透明薄层的总吸收率a 光线照射到半透明薄层时，半透明薄层对于光线辐射的总吸收率a （总反射率ρ、总透过率τ）是，光线在半透明薄层内进行反射、吸收和透过的无穷次后，吸收（反射、透过）的无穷多项之和。 双层半透明薄层中的光的行程 忽略多次反射、透射作用 射线在介质分界面上的反射百分比r 反射百分比 r ： r 与射线的入射角 i1、折射角 i2和波长有关 射线单程通过薄层的吸收百分比a0 a0 取决于对应其波长的材料的消光系数 Kλ以及射线在半透明薄层中的行程 L。 Kλ：与射线波长有关 L：与入射角和折射指数有关 太阳光谱范围内，普通窗玻璃的消光系数K≈0.045，水白玻璃的消光系数 K≤0.015。 吸收率、反射率和透过率与入射角的关系 入射角不同，r、a0均不同，则半透明薄层的吸收率、反射率和透过率都随入射角改变。 当阳光入射角大于60o时，透过率会急剧减少。 围护结构外表面的得热 围护结构外表面的热平衡 建筑物外表面单位面积上得到的热量为： αout——围护结构外表面的对流换热系数， W／(m2·℃)； tair——室外空气温度，℃； tw——围护结构外表面温度，℃； a——围护结构外表面对太阳辐射的吸收率； I——太阳辐射强度，W／m2； QL——围护结构外表面与环境的长波辐射换热量，W/m2。 室外空气综合温度tz  —— Solar-air temperature tz 相当于室外气温由原来的tair增加了一个太阳辐射的等效温度aI／αout值。 tz并非实际的室外空气温度，是一个当量的室外温度。 ——上式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 有时长波辐射是可以忽略的，这时tz可简化为： 夜间辐射 白天：可忽略长波辐射的作用 ——太阳辐射的强度远大于长波辐射 夜间：不可以忽略——无太阳辐射，且天空背景温度远低于空气温度，尤其建筑物与天空之间的角系数比较大时。 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 来自物体外表面（地面、周围建筑等）的长波辐射。 长波辐射 QL也被称为夜间辐射或有效辐射。 若仅考虑建筑物对天空的、对地面的大气长