第二章空调负荷计算与送风量课件.ppt

1、 空调房间冷空调房间冷(热热)，湿负荷是确定空调系统送风量和空调设备容，湿负荷是确定空调系统送风量和空调设备容量的基本依据。量的基本依据。在室内外热、湿扰量作用下，某一时刻进入一个在室内外热、湿扰量作用下，某一时刻进入一个恒温恒湿房间内的总热量和湿量称为在该时刻的恒温恒湿房间内的总热量和湿量称为在该时刻的得热量和得湿量得热量和得湿量。当得热量为负值时称为当得热量为负值时称为耗耗(失失)热量。热量。在某一时刻为保持房间恒温恒湿，需向房间供应的冷量称为在某一时刻为保持房间恒温恒湿，需向房间供应的冷量称为冷冷负荷负荷，相反，为补偿房间失热而需向房间供应的热量称为，相反，为补偿房间失热而需向房间供应的

2、热量称为热负荷热负荷；为维持室内相对混度所需由房间除去或增加的湿量称为为维持室内相对混度所需由房间除去或增加的湿量称为湿负荷湿负荷。得热量得热量通常包括以下几方面：通常包括以下几方面：1 1由于太阳辐射进入的热量和室内外空气温差经围护结构传入的由于太阳辐射进入的热量和室内外空气温差经围护结构传入的热量；热量；2 2人体、照明设备、各种工艺设备及电气设备驶入房间的热量。人体、照明设备、各种工艺设备及电气设备驶入房间的热量。得湿量得湿量主要为人体散湿量和工艺过程与工艺设备散出的湿量。主要为人体散湿量和工艺过程与工艺设备散出的湿量。房间冷房间冷(热热)，湿负荷量的计算必须以室外气象参敛和室内要求，湿

3、负荷量的计算必须以室外气象参敛和室内要求维持的气象条件为依据。维持的气象条件为依据。第二章 空调负荷与送风量第五节第五节 空调房间送风量的确定空调房间送风量的确定本章内容本章内容第一节第一节 室内外空气计算参数室内外空气计算参数第二节第二节 太阳辐射热对建筑物的热作用太阳辐射热对建筑物的热作用第三节第三节 通过围护结构的得热量及其形成的冷负荷通过围护结构的得热量及其形成的冷负荷第四节第四节 室内热源、湿源的散热散湿形成的冷负荷与湿负荷室内热源、湿源的散热散湿形成的冷负荷与湿负荷一、室内空气计算参数一、室内空气计算参数 二、室外空气计算参数二、室外空气计算参数（二）室内空气温湿度计算参数（二）室

4、内空气温湿度计算参数（一）人体热平衡和热舒适感（一）人体热平衡和热舒适感（三）冬季空调室外空气计算参数（三）冬季空调室外空气计算参数（一）室外空气温湿度的变化规律（一）室外空气温湿度的变化规律（二）夏季空调室外空气计算参数（二）夏季空调室外空气计算参数空调室内设计参数包括的内容空调室内设计参数包括的内容v环境指标：环境指标：主要指标主要指标 温度、湿度、空气流速、清洁度温度、湿度、空气流速、清洁度其他指标其他指标 压力、噪声、气味等压力、噪声、气味等v空调房间室内气象参数的确定原则空调房间室内气象参数的确定原则 舒适性空调主要取决于人体热舒适要求舒适性空调主要取决于人体热舒适要求 工艺性空调主

5、要取决于生产工艺要求工艺性空调主要取决于生产工艺要求一、一、室内空气计算参数室内空气计算参数 空调房间室内温湿度标准的描述方法：空调房间室内温湿度标准的描述方法：温湿度基数温湿度基数 空调精度。空调精度。室内温湿度基数室内温湿度基数是指空调区域内所要保持的空气基准温度和基准相是指空调区域内所要保持的空气基准温度和基准相对湿度；对湿度；空调精度空调精度是指在要求的是指在要求的空调区域空调区域内和要求的持续时间内，空气温度内和要求的持续时间内，空气温度或相对湿度允许偏离室内温湿度基数的最大值。例如，或相对湿度允许偏离室内温湿度基数的最大值。例如，tn=200.5，n=505%。（空调区域空调区域是

6、指离外墙是指离外墙0.5米，离地面米，离地面0.3米至高于精密仪器设备或人的米至高于精密仪器设备或人的呼吸区呼吸区0.30.5米范围内的空间）米范围内的空间）人体靠摄取食物以获得能量维持生命，能量最终以热量的形式人体靠摄取食物以获得能量维持生命，能量最终以热量的形式散发到体外。为保持体温恒定，必须使产热和散热保持平衡，人体散发到体外。为保持体温恒定，必须使产热和散热保持平衡，人体热平衡可用下式表示：热平衡可用下式表示：S=M-W-E-R-CS：人体蓄热率：人体蓄热率M：人体能量代谢率：人体能量代谢率W：人体所作机械功：人体所作机械功E：汗液蒸发和呼出的水蒸汽所带走的热量：汗液蒸发和呼出的水蒸汽

7、所带走的热量R：穿衣人体外表面与周围表面之间的辐射换热量：穿衣人体外表面与周围表面之间的辐射换热量C：穿衣人体外表面与周围表面之间的对流换热量：穿衣人体外表面与周围表面之间的对流换热量S=f（M，tn，n，tr，vn，Icl）S0 体温上升体温上升,S0 体温下降，体温下降，S=0 热平衡热平衡（一）人体热平衡和热舒适感（一）人体热平衡和热舒适感1、人体热平衡、人体热平衡v 研究方法：研究方法：心理学心理学v 定义：定义：人对周围环境人对周围环境“冷冷”“”“热热”的主观描述。的主观描述。v 特点特点：尽管人描述环境的冷热，实际上只能感觉到自己皮肤下：尽管人描述环境的冷热，实际上只能感觉到自己

8、皮肤下神经末梢的温度。所以神经末梢的温度。所以“冷冷”“”“热热”与感受者的身体状态有关，与感受者的身体状态有关，不是完全客观的。不是完全客观的。v“中性中性”的定义：的定义：不冷不热，人用于体温调节消耗的能量最小。不冷不热，人用于体温调节消耗的能量最小。20世纪初发现人的皮肤上存世纪初发现人的皮肤上存在对冷敏感的区域在对冷敏感的区域“冷点冷点”和对和对热敏感的区域热敏感的区域“热点热点”人体各部位的冷点数目明显人体各部位的冷点数目明显多于热点多于热点 为什么人对冷更敏感？为什么人对冷更敏感？什么是热舒适？什么是热舒适？“对热环境感到满意的心理状态对热环境感到满意的心理状态”Fanger教授提

9、出热舒适的三个条件：教授提出热舒适的三个条件：v1）人体必须处于热平衡状态，以便使人体对环境的散热量等人体必须处于热平衡状态，以便使人体对环境的散热量等于人体的体内产热量，并且蓄热量为零，即：于人体的体内产热量，并且蓄热量为零，即：M-W-C-R-E=0 （S=0）v2）皮肤平均温度必须具有与舒适相适应的水平）皮肤平均温度必须具有与舒适相适应的水平 v3）人体应具有最佳排汗率）人体应具有最佳排汗率 2、热舒适感、热舒适感Bedford 和和 ASHRAE 的七点标度的七点标度贝氏标度贝氏标度ASHRAE热感觉标度热感觉标度7过分暖和过分暖和7热热6太暖和太暖和6暖暖5令人舒适的暖和令人舒适的暖

10、和5稍暖稍暖4舒适舒适（不冷不热）（不冷不热）4正常正常3令人舒适的凉快令人舒适的凉快3稍凉稍凉2太凉快太凉快2凉凉1过分凉快过分凉快1冷冷热舒适投票 TCV 与热感觉投票 TSV热舒适投票 TCV热感觉投票 TSV4不可忍受+3热3很不舒适+2暖2不舒适+1稍暖1稍不舒适0正常0舒适-1稍凉-2凉-3冷Thermal Comfort Vote&Thermal Sensation VotePMV指标的指标的7级分度级分度反应反应见汗滴见汗滴手、额、手、额、颈等局部颈等局部见汗见汗感热，皮感热，皮肤发粘、肤发粘、湿润湿润感觉适宜，感觉适宜，皮肤干燥皮肤干燥感凉（局感凉（局部关节，部关节，可忍受）

11、可忍受）局部感局部感冷不适，冷不适，需加衣需加衣很冷，可很冷，可见鸡皮或见鸡皮或者寒颤者寒颤 热 感 觉热暖微 暖适 中微 凉凉冷PMV值+3+2+10-1-2-3v 分度方法和分度方法和TSV基本一致基本一致26272829303132Observed mean thermal sensationPMVOperative temperature(oC)HotWarmSl.warmNeutralSl.cool产热产热 热量消耗热量消耗人体蓄热人体蓄热 能量代谢能量代谢M、对外做功、对外做功W、与、与环境的显热换热和潜热交换环境的显热换热和潜热交换E对流散热对流散热C辐射散热辐射散热R皮肤散湿皮

12、肤散湿呼吸散湿呼吸散湿人体与环境的热交换人体与环境的热交换rt人体热人体热舒适条件：)(44rcleffclTTffR 长波辐射长波辐射IffaReffcl 人体对长波辐人体对长波辐射的发射率和吸射的发射率和吸收率在收率在0.95左右左右对太阳辐射的吸收对太阳辐射的吸收3、有效温度图和、有效温度图和ASHRAE舒适区舒适区 v由于人的舒适感共四个环境影响因素和四个人为因素，因此不能用一由于人的舒适感共四个环境影响因素和四个人为因素，因此不能用一个单一的物理量来表示环境是否处于热舒适状态。个单一的物理量来表示环境是否处于热舒适状态。v有效温度就结合干球温度、湿球温度和空气流速的效应来反映冷热感有

13、效温度就结合干球温度、湿球温度和空气流速的效应来反映冷热感觉的。觉的。人为因素人为因素环境因素环境因素舒适感影响因素舒适感影响因素室内空气温度室内空气温度室内空气相对湿度室内空气相对湿度人体活动量人体活动量衣着情况衣着情况人体附近的空气流速人体附近的空气流速维护结构内表面及其它物体表面温度维护结构内表面及其它物体表面温度年龄年龄性别性别人体活动量人体活动量年龄年龄性别性别v 1919开始研究，开始研究，1967前的前的ASHRAE手册采用手册采用v 有效温度有效温度ET定义：定义：“这是一个将干球温度、湿度、空气流速这是一个将干球温度、湿度、空气流速对人体温暖感或冷感的影响综合成一个单一数值的

14、任意指标。对人体温暖感或冷感的影响综合成一个单一数值的任意指标。它在数值上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度。它在数值上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度。”v 对于正常穿着：对于正常穿着：ET=0.492Ta+0.19Pa+6.47v 对于半裸者对于半裸者:(二式条件均为二式条件均为 va0.15m/s)ET=(0.944Ta+0.056Twb)/1+0.22(Ta-Twb)v 缺点：低温条件下湿度的影响不准确缺点：低温条件下湿度的影响不准确(1)(1)有效温度有效温度ETETv ASHRAE标准标准55-74，ASHREA手册手册1977版版v 参考空气环境：身着参考空气环境：身着0.

15、6 clo服装静坐，空气流速服装静坐，空气流速0.15m/s，相对，相对湿度湿度50，干球温度，干球温度T0v 如果同样服装和活动的人在某环境中的冷热感与上述参考空气如果同样服装和活动的人在某环境中的冷热感与上述参考空气环境中的冷热感相同，则此环境的环境中的冷热感相同，则此环境的 ET*T0v 该指标只适用于着装轻薄、活动量小、风速低的环境。该指标只适用于着装轻薄、活动量小、风速低的环境。SET*=2422.5，10024，50%SET*20 在同一条有效温度线在同一条有效温度线上具有相同的热感觉上具有相同的热感觉 有效温度线与有效温度线与50相相对湿度线的交点上标注着对湿度线的交点上标注着等

16、效温度的数值，在该点等效温度的数值，在该点等效温度与干球温度相等等效温度与干球温度相等 例如，通过例如，通过t25，50的两线的交点的的两线的交点的虚线即为虚线即为25等效温度等效温度线线。热舒适方程热舒适方程 S=M-W-E-R-C S=M-W-E-R-C令人体热平衡方程中蓄热率令人体热平衡方程中蓄热率 S S0 0，得出：，得出：(M W)=fcl hc(tcl-ta)+3.96 10-8 fcl(tcl+273)4 (+273)4+3.05 5.733 0.007(M W)Pa +0.42(M W 58.2)+1.73 10-2 M(5.867 Pa)+0.0014 M(34 ta)对流

17、散热对流散热辐射散热辐射散热汗液蒸发散热汗液蒸发散热呼吸潜热和显热散热呼吸潜热和显热散热皮肤扩散蒸发散热皮肤扩散蒸发散热rt人体对稳态热环境的反应描述人体对稳态热环境的反应描述-理论建立者：理论建立者：P.O.Fanger4、人体热舒适方程和、人体热舒适方程和PMV-PPD指标指标 v在同样的热环境条件下，人与人的热感觉也会有所不同，因此，应该采用平在同样的热环境条件下，人与人的热感觉也会有所不同，因此，应该采用平均热感觉指标的概念，而预测的平均热感觉指标常常简称为均热感觉指标的概念，而预测的平均热感觉指标常常简称为PMV。v可以合理的设想，人不舒适的程度愈大，由舒适状态偏离调节机制的热负荷可

18、以合理的设想，人不舒适的程度愈大，由舒适状态偏离调节机制的热负荷越大。一定活动水平的热感觉是人体热负荷的函数，表明一个人的体内热平越大。一定活动水平的热感觉是人体热负荷的函数，表明一个人的体内热平衡和对所处环境的热损失之间的差异，衡和对所处环境的热损失之间的差异，Fanger收集了收集了1396名美国和丹麦受试名美国和丹麦受试者的冷热感觉资料，得出者的冷热感觉资料，得出PMV的计算式：的计算式：PMV=(0.303 e0.036 M+0.0275)TL =(0.303 e0.036 M+0.0275)M W 3.05 5.733 0.007(M W)Pa0.42(M W 58.15)1.73

19、10-2M(5.867 Pa)fcl hc(tcl ta)0.0014 M(34 ta)3.96 10-8 fcl (tcl+273)4 (+273)4 PMV是由舒适方程得到的一个热感觉值数，体现了四种热环境变量的一定组合、是由舒适方程得到的一个热感觉值数，体现了四种热环境变量的一定组合、活动水平和着装对平均热感觉的影响的预测。活动水平和着装对平均热感觉的影响的预测。预测平均评价预测平均评价PMV（Predicted Mean Vote）PMV指标只代表了同一环境下绝大多数人的感觉，不能代表所有个人的感觉。指标只代表了同一环境下绝大多数人的感觉，不能代表所有个人的感觉。PMV的计算是完全客观

20、的，但指标的含义却是由主观感觉统计确定的。的计算是完全客观的，但指标的含义却是由主观感觉统计确定的。在同样热环境条件下，人与人之间的热感觉会存在差异，而人与人对热环境在同样热环境条件下，人与人之间的热感觉会存在差异，而人与人对热环境的反应的差异除了热感觉的不同之外，还表现在对环境满意与否的差异。因此，的反应的差异除了热感觉的不同之外，还表现在对环境满意与否的差异。因此，Fanger又提出预测不满意百分数来表示人群对热环境不满意的情况，预测平均又提出预测不满意百分数来表示人群对热环境不满意的情况，预测平均不满意百分数常常简写为不满意百分数常常简写为PPD（Predicted Percent Di

21、ssatisfied）。）。预测平均不满意百分数预测平均不满意百分数PPD（Predicted Percent Dissatisfied）v PPD是通过概率分析确定某环境条件下人群不满意的百分数是通过概率分析确定某环境条件下人群不满意的百分数v PPD100 95exp(0.03353 PMV 4+0.2179 PMV2)（二）室内空气温湿度计算参数（二）室内空气温湿度计算参数 室内温湿度设计参数的确定，除了要考虑室内参数综合作用下室内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，还应的舒适条件外，还应依据室外气温、经济条件和节能要求进行综合考虑。依据室外气温、经济条件和节

22、能要求进行综合考虑。1、舒适性空调、舒适性空调夏季：夏季：2428，4065%，0.3m/s冬季：冬季：1822，4060%，0.2m/s2、工艺性空调、工艺性空调降温性空调：有范围，无精度降温性空调：有范围，无精度恒温恒湿空调：对基数和精度都有严格要求恒温恒湿空调：对基数和精度都有严格要求净化空调：温湿度有一定要求，空气含尘大小和数量有要求净化空调：温湿度有一定要求，空气含尘大小和数量有要求影响热环境的因素影响热环境的因素温度扰量温度扰量湿度扰量湿度扰量影响洁净度的因素影响洁净度的因素影响噪声的因素影响噪声的因素室外空气室外空气室内：人员、设备、敞开水源室内：人员、设备、敞开水源室外空气温度

23、、辐射室外空气温度、辐射室内：人员、照明、设备室内：人员、照明、设备内外扰量内外扰量二、室外空气计算参数二、室外空气计算参数 1、目的、目的确定围护结构传热负荷；确定新风处理负荷。确定围护结构传热负荷；确定新风处理负荷。2、室外空气温湿度的变化规律、室外空气温湿度的变化规律 a、气温的日变化气温的日变化、季节变化和年分布、季节变化和年分布(气象包络线气象包络线)b、湿度的变化、湿度的变化3、夏季空调室外空气计算参数、夏季空调室外空气计算参数 a、夏季空调室外计算干、湿球温度、夏季空调室外计算干、湿球温度确定新风状态确定新风状态 b、夏季空调室外计算日平均温度和逐时温度、夏季空调室外计算日平均温

24、度和逐时温度计算传热负荷计算传热负荷4、冬季空调室外空气计算参数、冬季空调室外空气计算参数 温度：采用历年平均不保证温度：采用历年平均不保证1天的日平均温度；天的日平均温度；相对湿度：采用累年最冷月平均相对湿度。相对湿度：采用累年最冷月平均相对湿度。一、太阳辐射热的基本知识一、太阳辐射热的基本知识（一）地球对太阳的相对位置（一）地球对太阳的相对位置 00+23.5-23.5 太阳辐射热量的大小用辐射强度太阳辐射热量的大小用辐射强度I来表示，它是指一平方米黑来表示，它是指一平方米黑体表面在太阳照射下所获得的热量值，体表面在太阳照射下所获得的热量值，W/m2。当太阳辐射线到达大气层时，其中一部分辐

25、射热被大气层中的当太阳辐射线到达大气层时，其中一部分辐射热被大气层中的臭氧、水蒸气、二氧化碳等吸收；另一部分被云层中的尘埃、冰晶臭氧、水蒸气、二氧化碳等吸收；另一部分被云层中的尘埃、冰晶等反射或折射，形成无方向的散射辐射；未被吸收和散射部分则透等反射或折射，形成无方向的散射辐射；未被吸收和散射部分则透过形成直射辐射。故而，到达地面的太阳辐射过形成直射辐射。故而，到达地面的太阳辐射=直射直射+散射，直射有散射，直射有方向性，散射无方向性。方向性，散射无方向性。（二）太阳辐射强度（二）太阳辐射强度地面上太阳辐射强度的影响因数地面上太阳辐射强度的影响因数 赤道赤道 纬度（纬度（）太阳赤纬（太阳赤纬（

26、d）时角（时角（h）太阳高度角（太阳高度角（）太阳方位角（太阳方位角（A）（三）建筑物外表面所受到的太阳辐射强度（三）建筑物外表面所受到的太阳辐射强度 III Ps zNm,sinsin0IIAc zN,coscos()IIPPS Sm,.sin.ln0511 140IIC SS S,.05IIISS ZS S,IIIICC ZS SD,2II（1）直射辐射）直射辐射水平面上的直射强度：水平面上的直射强度：垂直面上的直射强度：垂直面上的直射强度：（2）散射辐射）散射辐射水平面上的散射辐射：水平面上的散射辐射：垂直面上的散射辐射：垂直面上的散射辐射：（3）太阳总辐射强度）太阳总辐射强度 水平面总

27、辐射强度：水平面总辐射强度：垂直面总辐射强度：垂直面总辐射强度：（4）围护结构外表面所吸收的太阳辐射热）围护结构外表面所吸收的太阳辐射热建筑物外表面单位面积上建筑物外表面单位面积上得到的热量为：得到的热量为：wwZwZwwwwwwwwItttItItq),()()(ttIRZwwwtZ为综合温度为综合温度主主要要内内容容一、概述二、谐波反应法三、冷负荷系数法四、模拟分析软件（一）得热量和冷负荷的基本概念（一）得热量和冷负荷的基本概念（二）得热量与冷负荷的关系（二）得热量与冷负荷的关系（三）（三）房间空气的热平衡关系房间空气的热平衡关系（四）计算方法综述（四）计算方法综述一、概述一、概述（一）得

28、热量和冷负荷的基本概念（一）得热量和冷负荷的基本概念 得热量得热量(Heat Gain HG)：是指在某一时刻由室外和室内热源散入房间的热量总和；是指在某一时刻由室外和室内热源散入房间的热量总和；瞬时冷负荷：瞬时冷负荷：是指为了维持室温恒定，空调设备在单位时间内必须自室内取是指为了维持室温恒定，空调设备在单位时间内必须自室内取走的热量，也即在单位时间内必须向室内空气提供的冷量。走的热量，也即在单位时间内必须向室内空气提供的冷量。除热量：除热量：当空调系统间歇使用时，室温有当空调系统间歇使用时，室温有定的波动，引起围护结构额定的波动，引起围护结构额外的蓄热和放热，结果使得空调设备要自室内多取走一

29、些热量。这外的蓄热和放热，结果使得空调设备要自室内多取走一些热量。这种在非稳定工况下空调设备自室内带走的热量称为除热量。种在非稳定工况下空调设备自室内带走的热量称为除热量。（二）得热量与冷负荷的关系（二）得热量与冷负荷的关系v 冷负荷与得热有关，但不一定相等冷负荷与得热有关，但不一定相等v 决定因素决定因素 空调形式空调形式v 送风：送风：负荷对流部分负荷对流部分v 辐射：辐射：负荷对流部分辐射部分负荷对流部分辐射部分 热源特性：热源特性：对流与辐射的比例是多少？对流与辐射的比例是多少？围护结构热工性能：围护结构热工性能：蓄热能力如何？如果内表面完全绝热呢？蓄热能力如何？如果内表面完全绝热呢？

30、房间的构造（角系数）房间的构造（角系数）v 注意：注意：辐射的存在是延迟和衰减的根源！辐射的存在是延迟和衰减的根源！热量热量瞬时得热量瞬时得热量瞬时冷负荷瞬时冷负荷需除去的蓄热量需除去的蓄热量蓄热量蓄热量 时间（时间（h）蓄热量蓄热量需除去的蓄热量需除去的蓄热量实际冷负荷实际冷负荷照明得热量照明得热量 时间（时间（h）热量热量瞬时日照得热与冷负荷的关系2-13瞬时太阳辐射得热与房间实际冷负荷之关系2-14瞬时日射得热与轻、中、重型建筑实际冷负荷之关系2-15荧光灯得热与实际负荷之关系排除的对流热空气的显热增值排除的对流热空气的显热增值 室内热源对流得热室内热源对流得热 壁面对流得热壁面对流得热

31、渗透得热渗透得热室内热源得热室内热源得热 室内热源对流得热室内热源对流得热热源向空调辐射板的辐射热源向壁面的辐射热源向空调辐射板的辐射热源向壁面的辐射通过围护结构的导热得热通过围护结构的导热得热 本壁面获得的通过玻璃窗的日射得热本壁面获得的通过玻璃窗的日射得热 壁面对流得热壁面对流得热 本壁面向空调辐射设备的辐射本壁面向空调辐射设备的辐射 本壁面向其他壁面的长波辐射本壁面向其他壁面的长波辐射 本壁面向热源的辐射本壁面向热源的辐射airniiwilniiwsolarHpconvclQQHGHGHGHGQQ 1,inf1,v 对辐射项进行了线性化而导出对辐射项进行了线性化而导出（四）计算方法综述（

32、四）计算方法综述xtxxaxtxat )()(22)()0,(|),(|),0(0 xfxtxtttxtttxnwxww )()(441 jimjijijlTTxQ 当量温差法谐波反应法谐波分解法冷负荷系数法冷负荷温差法反应系数法负荷计算法1946.USA1950s.USSR1967.Canadav 目的：目的：使负荷计算能够在工程应用中实施使负荷计算能够在工程应用中实施v 发展：发展：由不区分得热和冷负荷发展到考虑二者的区别由不区分得热和冷负荷发展到考虑二者的区别2.1 稳态算法稳态算法 当量温差法、谐波分解法当量温差法、谐波分解法:不考虑建筑蓄热，负荷预测值偏大不考虑建筑蓄热，负荷预测值偏

33、大2.2 动态算法，积分变换求解微分方程动态算法，积分变换求解微分方程 2.2.1.谐波反应法谐波反应法 2.2.2.冷负荷系数法冷负荷系数法动态法的应用假设动态法的应用假设v1、传热过程为一维非稳定过程，原理上都对得热、冷负荷、传热过程为一维非稳定过程，原理上都对得热、冷负荷、除热量除热量加以区别加以区别 v2、将传热过程看作常系数线性热力系统，其重要特征是：、将传热过程看作常系数线性热力系统，其重要特征是：可以叠加，当受多种扰量时，输出响应等于各自响应之和；可以叠加，当受多种扰量时，输出响应等于各自响应之和；系统特性不受时间变化。系统特性不受时间变化。v 方法方法 采用室内外瞬时温差或平均

34、温差，负荷与以往时采用室内外瞬时温差或平均温差，负荷与以往时刻的传热状况无关：刻的传热状况无关：QKF T v 特点特点 简单，可手工计算简单，可手工计算 未考虑围护结构的蓄热性能，计算误差偏大未考虑围护结构的蓄热性能，计算误差偏大v 应用条件应用条件 蓄热小的轻型简易围护结构蓄热小的轻型简易围护结构 室内外温差平均值远远大于室内外温度的波动值室内外温差平均值远远大于室内外温度的波动值v 对于常系数的线性偏微分方程，采用积分变换如傅立叶变换对于常系数的线性偏微分方程，采用积分变换如傅立叶变换 或或 拉普拉斯变换。积分变换的概念是把函数从一个域中移到另一拉普拉斯变换。积分变换的概念是把函数从一个

35、域中移到另一个域中，在这个新的域中，函数呈现较简单的形式，因此可以个域中，在这个新的域中，函数呈现较简单的形式，因此可以求出解析解。然后再对求得的变换后的方程解进行逆变换，获求出解析解。然后再对求得的变换后的方程解进行逆变换，获得最终的解。得最终的解。G(s)Input(s)Output(s)系统系统Input()Output()v 传递函数传递函数G(s)仅由系统本身的特性决定，而与输入量、仅由系统本身的特性决定，而与输入量、输出量无关，因此建筑的材料和形式一旦确定，就可求得输出量无关，因此建筑的材料和形式一旦确定，就可求得其围护结构的传递函数。这样就可以通过输入量和传递函其围护结构的传递函

36、数。这样就可以通过输入量和传递函数求得输出量。数求得输出量。)()()()()(00sIsOdeIdeOsGss 二、谐波反应法二、谐波反应法（一）通过墙体、屋顶的得热量及其形成的冷负荷（一）通过墙体、屋顶的得热量及其形成的冷负荷定义围护结构外侧综合温度的波幅与内表面温度波幅的比值为该定义围护结构外侧综合温度的波幅与内表面温度波幅的比值为该墙体的传热衰减度墙体的传热衰减度；内表面温度波对外侧综合温度的相应滞后为该；内表面温度波对外侧综合温度的相应滞后为该墙体的传热延迟时间墙体的传热延迟时间。定义进入房间的辐射得热与室内冷负荷波幅的比值为房间的放热定义进入房间的辐射得热与室内冷负荷波幅的比值为房

37、间的放热衰减度衰减度；室内冷负荷对辐射得热的相位滞后为该房间的放热延迟；室内冷负荷对辐射得热的相位滞后为该房间的放热延迟。1、综合温度作用下经围护结构传入热量、综合温度作用下经围护结构传入热量tttnmttZZZnnnZZ cos()1QQQKF ttKKFtnmttKtnmZNNNNZnnnnnZNNZnnnnn ()cos()cos()112、房间冷负荷、房间冷负荷1dfddCLQQffCLQQ,cos()1Z nffNnnnnnnmtCLQFn ,()1cos()cos()1dfflZ nNfnnnnnnnnnCLQCLQCLQCLQKFKFmtKndf设得热量中对流成分的比例为设得热量

38、中对流成分的比例为，辐射成分比例为，辐射成分比例为 。（1）对流得热形成的冷负荷）对流得热形成的冷负荷（2）辐射得热形成的冷负荷）辐射得热形成的冷负荷、辐射得热的稳定部分形成的冷负荷、辐射得热的稳定部分形成的冷负荷、辐射得热的不稳定部分形成的冷负荷、辐射得热的不稳定部分形成的冷负荷（3）总冷负荷）总冷负荷（二）通过窗户的得热量及其形成的冷负荷（二）通过窗户的得热量及其形成的冷负荷 cos()1cos()1nnnndfnnnnmQKFAnmACLQQKFnQC C FBsnnnnnm cos()1CLQQC C FBdfsnnnnnnnm cos()11、瞬变传导得热和冷负荷、瞬变传导得热和冷负

39、荷2、日射得热和冷负荷、日射得热和冷负荷 对于厚度为对于厚度为3mm的普通平板玻璃（标准玻璃），在特定的内外的普通平板玻璃（标准玻璃），在特定的内外表面放热系数条件下，得出我国表面放热系数条件下，得出我国40个城市夏季九个不同朝向的单位个城市夏季九个不同朝向的单位面积日射得热量，称之为日射得热因数面积日射得热量，称之为日射得热因数Dj（=qt+qa）。）。当把日射得热因数用实用调和分析整理成谐波形式后，日射得热可当把日射得热因数用实用调和分析整理成谐波形式后，日射得热可表示为：表示为：相应的冷负荷为：相应的冷负荷为：v 我国我国 民用建筑最常见的是铝合金框或塑钢框配单层或双层普通民用建筑最常见

40、的是铝合金框或塑钢框配单层或双层普通透明玻璃，双层玻璃间为空气夹层，北方地区很多建筑装有透明玻璃，双层玻璃间为空气夹层，北方地区很多建筑装有两层单玻窗。两层单玻窗。商用建筑有采用有色玻璃或反射镀膜玻璃。商用建筑有采用有色玻璃或反射镀膜玻璃。v 发达国家发达国家v 寒冷地区的住宅则多装有充惰性气体的双玻窗寒冷地区的住宅则多装有充惰性气体的双玻窗v 商用建筑多采用高绝热性能的商用建筑多采用高绝热性能的low-e玻璃窗。玻璃窗。v 无色玻璃表面覆盖无色无色玻璃表面覆盖无色 low-e 涂层，可使这种窗的遮档涂层，可使这种窗的遮档系数系数 Cs 低于低于0.3 v 不同结构的窗有着不同的热工性不同结构

41、的窗有着不同的热工性能能v U即传热系数即传热系数Kglassv 气体夹层和玻璃本身均有热容，气体夹层和玻璃本身均有热容，但较墙体小。但较墙体小。v 现有遮阳方式现有遮阳方式 内遮阳：普通窗帘、百页窗帘内遮阳：普通窗帘、百页窗帘 外遮阳：挑檐、可调控百页、遮阳蓬外遮阳：挑檐、可调控百页、遮阳蓬 窗玻璃间遮阳：夹在双层玻璃间的百页窗帘，百页可调控窗玻璃间遮阳：夹在双层玻璃间的百页窗帘，百页可调控v 我国目前常见遮阳方式我国目前常见遮阳方式 内遮阳：窗帘内遮阳：窗帘 外遮阳：屋檐、遮雨檐、遮阳蓬外遮阳：屋檐、遮雨檐、遮阳蓬对流对流透过透过反射反射反射反射对流对流透过透过)()(inoutglass

42、glasscondttFKQ （1）窗户瞬变传导得热形成的冷负荷）窗户瞬变传导得热形成的冷负荷CLQKF t2、窗户、窗户（三）谐波法的工程简化计算方法（三）谐波法的工程简化计算方法CLQKF t1、外墙和屋顶、外墙和屋顶v 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：windowglassnsdifsDisolarFXCCSSGXSSGHG)(（2）窗户日射得热形成的冷负荷）窗户日射得热形成的冷负荷CLQx x C C FJg dnsj,三、冷负荷系数法三、冷负荷系数法e()o()GSOSES（）（）（）（一）房间传递函数的机理（一）房间传递函数的机理1

43、、传递函数的基本概念、传递函数的基本概念对于线性定常系统，当扰量输入对于线性定常系统，当扰量输入 为时间序列表示的脉冲信号时，为时间序列表示的脉冲信号时，其输出其输出 也为脉冲信号，且输入、输出函数的拉氏变换在初始条件也为脉冲信号，且输入、输出函数的拉氏变换在初始条件为零时的比值为定值（传递函数）。为零时的比值为定值（传递函数）。传递函数只由系统本身的特性决定，与输入、输出量无关。如传递函数只由系统本身的特性决定，与输入、输出量无关。如果已知系统的传递函数和输入函数，则可以直接求出输出函数，即果已知系统的传递函数和输入函数，则可以直接求出输出函数，即系统的响应或反应。系统的响应或反应。G S1

44、()G S2()QSG S t SCLQ SG S Q SZ（）12()()()()()2、热力系统与扰量、响应、热力系统与扰量、响应围护结构及家具内表面及室内空气围护结构及家具内表面及室内空气 扰量：室外综合温度；内部热源及墙体得热扰量：室外综合温度；内部热源及墙体得热响应：房间得热量；冷负荷响应：房间得热量；冷负荷 热力系统：围护结构热力系统：围护结构 t SZ()Q S()CLQ S()G S2()G S1()t ZtZZZ iiim(),0Q ZQ ZCLQ ZCLQ Ziiiiimim(),()00Q ZG Z t Z CLQ ZG Z Q ZZ()()(),()()()121Z 实

45、际扰量都是以逐时的离散值给出的，因此得热量和冷负荷实际扰量都是以逐时的离散值给出的，因此得热量和冷负荷的计算用离散系统更合适，所以直接用的计算用离散系统更合适，所以直接用Z变换来表示。变换来表示。所谓所谓Z变换，是用脉冲序列函数表示连续函数，即将连续函数变换，是用脉冲序列函数表示连续函数，即将连续函数化为化为 的多项式，这一多项式的各项系数等于该连续函数在相应的多项式，这一多项式的各项系数等于该连续函数在相应次幂的采样时刻的数值。次幂的采样时刻的数值。3、用、用Z传递函数法计算得热量和冷负荷传递函数法计算得热量和冷负荷G ZbZdZG ZVZWZiiiiiiiiiiii100200(),()b

46、 dii,V Wii,称为空调房间的称为空调房间的Z传递函数系数传递函数系数称为围护结构的称为围护结构的Z传递函数系数传递函数系数Z变换的特点在于传递函数能表达成一个有理分式变换的特点在于传递函数能表达成一个有理分式CLQZWZQZVZiiiiiiiiiiii0000 以冷负荷计算为例说明以冷负荷计算为例说明Z传递函数法计算过程。根据传递函数法计算过程。根据Z传递函传递函数的定义得数的定义得:4、传递函数系数、传递函数系数 传递函数系数一般通过解围护结构导热微分方程、或解房间热传递函数系数一般通过解围护结构导热微分方程、或解房间热平衡方程，或者通过实验求得。平衡方程，或者通过实验求得。传递函数

47、系数的影响因数：时间间隔；得热性质；房间热容量。传递函数系数的影响因数：时间间隔；得热性质；房间热容量。V0V1W1 -0.94 -0.63 0.69日射（有内遮）日射（有内遮）-0.93 -0.25 0.32日射（无内遮）日射（无内遮）-0.87 -0.55 0.68围护结构传热围护结构传热得热形式得热形式WCLQVQiniiinii00CLQVQWCLQniniiinii01CLQV QV QW CLQnnnn01111 将等号两边展开并整理，按等式两边同幂次项的系数相等的原将等号两边展开并整理，按等式两边同幂次项的系数相等的原则，两边的第则，两边的第n项的系数相等：项的系数相等：一般取两

48、项系数，得：一般取两项系数，得：W01取取 ,得：得：)(,NlttKFCLQ1、用冷负荷温度计算围护结构传热形成的冷负荷、用冷负荷温度计算围护结构传热形成的冷负荷（1）基本计算式）基本计算式墙体、屋顶、窗户瞬变传热形成的逐时冷负荷，可用冷负荷温度墙体、屋顶、窗户瞬变传热形成的逐时冷负荷，可用冷负荷温度简化公式计算：简化公式计算：（二）冷负荷系数法（二）冷负荷系数法G Z1()G Z2()tZ()Q()CLQ()（2）冷负荷温度的建立）冷负荷温度的建立 针对定型结构，根据典型条件（室外温度、日较差、纬度等），针对定型结构，根据典型条件（室外温度、日较差、纬度等），用传递函数法计算出逐时冷负荷，

49、然后用逐时冷负荷除以该结构的用传递函数法计算出逐时冷负荷，然后用逐时冷负荷除以该结构的传热系数和面积，得出逐时温差，即可得出逐时冷负荷温度。传热系数和面积，得出逐时温差，即可得出逐时冷负荷温度。墙体：墙体：窗户：窗户：NltKFCLQt)()(G Z2()tZ()Q()KCLQ()kktttdll)(（3）设计修正）设计修正针对与典型条件不同的地点、围护结构外表面等进行修正。针对与典型条件不同的地点、围护结构外表面等进行修正。CLQFC DCZLQ,max()CLQV DV DW CLQ01111CCLQFDLQ(),max2、用冷负荷系数计算窗户日射得热形成的冷负荷、用冷负荷系数计算窗户日射

50、得热形成的冷负荷（1）计算公式）计算公式（2）冷负荷系数）冷负荷系数（三）室内热源散热形成的冷负荷（三）室内热源散热形成的冷负荷v GATE，60年代末，美国，稳态计算年代末，美国，稳态计算v 现在现在 美国：美国：DOE-2、BLAST、EnergyPlus、NBSLD 英国：英国：ESP 日本：日本：HASP 中国：中国：DeSTv DOE-2 由美国能源部主持，美国由美国能源部主持，美国 LBNL开发，于开发，于1979年首次年首次发布的建筑全年逐时能耗模拟软件，是目前国际上应用发布的建筑全年逐时能耗模拟软件，是目前国际上应用最普遍的建筑热模拟商用软件，用户数估计达到最普遍的建筑热模拟商