第四章 建筑环境中的热湿环境
本章学习要点：
? 室内热湿环境的形成原理
? 室内热湿环境与各种内外扰之间的关系
? 得热量与冷负荷之间的关系
第四章 建筑环境中的热湿环境
? § 4-1概述
? § 4-2 太阳辐射对建筑物的热作用
? § 4-3 建筑围护结构的热湿传递
? § 4-4 以其它形式进入室内的热量和湿量
? § 4-5 冷负荷与热负荷
§ 4-1概 述
一, 室内热湿环境的形成及其受到的影响
主要包括两部分：
1,外扰因素：室外气候参数 （ 室外空气温,
湿度, 风速, 太阳辐射, 风向变化及临时的空气温
湿度 ） 。 通过围护结构的传热, 传湿, 空气渗透使
热量与湿量进入室内 。
2,内扰因素：室内设备, 照明, 人体等热湿
二, 室内湿热的传递作用形式
对流质交换 （ 对流换热 ）, 导热 （ 水蒸气渗
透 ） 和辐射
§ 4-2 太阳辐射对建筑物的热作用
一, 围护结构外表面所吸收的
太阳辐射得热
二, 室外空气综合温度
三, 夜间辐射
一,围护结构外表面所吸收的太阳辐射得热
1,太阳照射到非透明的围护结构外表面时；
一部分被反射, 一部分被吸收, 两者的比例取
决于围护结构表面的吸收率 （ 或反射率 ）
非透明物体的吸收率取决于两方面的因素：
a.投入射线的波长
b,物体的自身状况 （ 如表面光法度, 颜色等 ）
结论：围护结构的表面越粗糙, 颜色越深,
吸收率越高, 反射率越低 。
2.半透明物体在太阳照射时
? 半透明物体对不同波长的太阳辐射的吸收,
反射和穿透有选择性 。
? 结论：玻璃对可见光和波长为 3μm以下的
短波红外线来说几乎是透明的, 但却能有
效地阻止长波红外线辐射
? 玻璃属于半透明体：
二,室外空气综合温度
围护结构外表面的热平
衡：壁体 得热 等于 太
阳辐射热量 （ 包括太
阳直射辐射, 天空散
射辐射, 地面反射辐
射 ）, 长波辐射得热
量 （ 大气长波辐射,
地面长波辐射, 环境
表面长波辐射 ） 和 对
流换热量 之和 。
? 室外空气综合温度, 即综合表达了室外
空气温度, 太阳辐射, 围护结构外表面
与天空和周围物体之间的长波辐射, 这
样一个综合热作用 。
? 公式推导：
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三, 夜间辐射
? 白天, 长波辐射可忽略, 夜间不可忽略
? 经验值：对于垂直表面近似取 QL=0,对
于水平面, 取 QL/aout=3.5— 4.0℃
§ 4-3 建筑围护结构的热湿传递
一,通过围护结构的显热得热
二,通过围护结构的湿传递
一,通过围护结构的显热得热
? 包括两方面：
? 通过非透明围护结构的热传导；
通过玻璃窗的日射得热。
? （一）通过非透明围护结构的热传导
? 非透明围护结构的传入室内的热量来源
两方面,
? 1.室外空气与围护结构外表面之间的对流
换热 ;
? 2.太阳辐射通过墙体导热传入的热量。
（二）通过玻璃窗的
得热
? 一方面由于阳光的透射；
另一方面由于室内外存在
温度差
? （ 1）通过玻璃板壁的传
热量
? 按稳态计算：
? 公式：
（ 2）透过玻璃窗的太阳辐
射得热
（三）墙体、屋顶等建筑构件的传热
过程，可看作非均质板壁的一维不
稳定导热过程
墙体的传热量与温度对外扰的响应
? 结论：
? 1.温度波幅的 衰减 ；时间的 延迟 ；
? 2.当室外温度有所变化时，围护结构外表
面、围护结构本身各部位和内表面的温度
变化比室外空气温度的变化时间上有所滞
后。 距外表面距离越远，滞后的时间就越
长。
?3.围护结构的热容量愈大，滞后的时间就
愈长，波幅的衰减就愈大。
二,通过围护结构的湿传递
? 通过围护结构的湿传递与室内外水蒸气的
分压力有关，在稳定情况下，单位时间内
通过单位面积围护结构的水蒸气量 w与两
侧空气中水蒸气压力差正比
— 比例常数，称为水蒸气渗透系数
— 水蒸气两侧分压力
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VK
P
围护结构最小蒸汽渗透阻值
在稳定条件下从围护结构内表
面算起，
1.计算第 n层材料层外表面的温
度。
2.由计算出的温度查表对应出
第 n层材料层的饱和压力。
3.计算在稳定条件下从围护结
构内表面算起，第 n层材料层
外表面的水蒸汽压力。
4.如图：作出饱和水蒸气压力
和实际水蒸气压力曲线 。
发生湿传递的后果
? 1.若围护结构内任一断面上的水蒸汽分
压力大于该断面温度所相应的饱和水蒸
汽分压力，则在此端面将有水蒸汽凝结；
? 2.若温度低于零度，会出现冻结；使得
维护
? 3.结构的传热系数大大增加, 传热量增
加, 加剧了维护结构的损坏, 所以必须
设置蒸汽隔层 。
§ 4-4 以其它形式进入室内的热量和湿量
? 一,室内产热产湿量
? 二,空气渗透带来的得热
一,室内产热产湿量
（ 一 ） 设备与照明的散热
室内设备分为 加热设备 和 电动设备
照明设备散热量属于稳定得热, 不随时间
变化
如,白炽灯 Q=n1N W
荧光灯, Q=n1(N+Nˊ) W
（ 二 ） 人体的散热与散湿
（ 三 ） 设备的散湿量及潜热散热
（ 1）自由液面的散湿量；
如果室内有一个热的湿表面，散湿量为：
式中,Pｂ — 水表面温度下的饱和空气的水蒸汽
分压力
Pａ — 空气中的水蒸汽分压力
B— 当地实际大气压；
F— 水表面蒸发面积；
? — 蒸发系数； ?=?0+3.63× 10－ 8v
0()
ba
BW P P F
B???
（ 2）若蒸发过程是一个绝热过程，
则室内的总得热量并没有增加。空气
向水传递的热量为
Q=?F（ tr－ trs）
式中,tr,trs －分别为空气干球温度、湿
球温度
这些热量全部用于水分的蒸发，湿地
面的散湿量为,W=Q/r
式中,r— 水的汽化潜热,2450kJ/kg；
W=0.006(tr－ trs)F kg/h
二,空气渗透带来的得热
气体流动要消耗一定能量，即克
服一定阻力； 即
△ P=RL+Z Pa
式中 Z为局部阻力，与空气流动动
能成正比，即 Z=??v2/2
△ P≈Z≈??v2/2
（ 1） 对于形状比较简单的孔口出流，
流速较高，流动多处于 阻力平方区
v∝ △ P1/2
（ 2） 对于渗流来说，流道断面细小而复杂,此
时可认为流动处于 层流区,
则 v ∝ △ P
（ 3） 对于门窗缝隙的空气渗透来说，介于孔口
出流和渗流之间，此时
v ∝ △ P1/1.5
所以，通过门窗缝隙的空气渗透量的计算式为：
La=vFcrack=al△ P1/1.5 =Fd△ P1/1.5 m3/h
式中,Fd—— 当量孔口面积 ; Fd =al
l —— 门窗缝隙长度，
a—— 实验系数，取决于门窗气密性
计算风压作用造成的空气渗透
（ 1）缝隙法 La=kla l
la —— 每 m长门窗缝隙，每 h渗入房间的空气量；
l —— 门窗缝隙总长度；
k —— 主导风向不同情况下的修正系数
（ 2）换气次数法
当缺少足够的门窗数据系数时, 对于有门窗
的维护结构数目不同的房间给出一定室外平均风
速范围的平均换气次数, 通过换气次数即可求得
空气渗透量 。
La= n﹒ V n —— 换气次数
美国, n=a+bv+c（ tout－ tin）
§ 4-5 冷负荷与热负荷
? 一,负荷的概念
? 二,瞬时得热与瞬时冷负荷的关系
? 三,照明和实际冷负荷之间的关系
一,负荷的定义
? 1、得热量,指某时刻进入房间的总热量。
来源,室内外温差传热、太阳辐射进入热量、室
内照明、人员、设备散热等。
? 得热量分类：
? 按是否随时间变化：
分稳定得热；瞬变得热。
? 按性质不同：
显热得热；
包括,对流, 辐射 两种方式传递的得热
潜热得热 ;
2、热负荷：
定义,维持一定室内热湿环境所需要的在
单位时间内向室内加入的热量。
分类,显热负荷；潜热负荷
3、冷负荷：
定义,为了连续保持室温恒定，在某时刻需向房
间供应的冷量，或需从室内排除的热量。
1）瞬时冷负荷,瞬时得热中，以 对流方式 传递
的显热,潜热部分，直接放散到房间空气中，立
刻构成房间 瞬时冷负荷；
2）滞后冷负荷,显热中的 辐射成分 不能立即转
化为冷负荷。 进入房间的辐射热要经过吸收、
反射、对流放热、辐射放热等多次过程才能最终
转化为对流热，被空气带走，形成冷负荷。
二, 瞬时得热与瞬时冷负荷的关系
? 结论,任一时刻房间瞬时得热量的总和未
必等于同一时间的瞬时冷负荷。
瞬时日射得热量与冷负荷之间的关系：
? 图中表明,实际冷
负荷的峰值大致比
太阳辐射热的峰值
少（约 40%左右），
而且，出现的时间
也迟于太阳辐射热
峰值出现的时间。
结论：
? 1.得热量转化为冷负荷过程中，存在着 衰
减和延迟 的现象。主要由 围护结构和家俱
等蓄热能力决定 的。
? 2.蓄热能力强，冷负荷衰减愈大，延迟时
间也愈长。
? 3.蓄热能力取决于热容量，热容量大，蓄
热能力大。
三,照明和实际冷负荷之间的关系
? 图中：
? 灯具开启后，大部分
热量被蓄存起来； 随
着照明时间的延续，
蓄存的热量逐渐减少
? 关灯后，蓄存在结构
中的热量再逐渐放出
来成为房间冷负荷。
开灯 关灯 时间 (h)
? 在计算空调负荷时，必须考虑围护结构的吸热、蓄热和
放热过程。
? 不同性质的得热量所形成的室内逐时冷负荷是不同的。
? 在确定房间逐时冷负荷时，必须按不同性质的得热分别
计算。
? 说明：照明和机械设备的对流和辐射的比例分配与其表
面温度有关，人体的显热和潜热比例分配也与人体所处
的状况有关。
本章学习要点：
? 室内热湿环境的形成原理
? 室内热湿环境与各种内外扰之间的关系
? 得热量与冷负荷之间的关系
第四章 建筑环境中的热湿环境
? § 4-1概述
? § 4-2 太阳辐射对建筑物的热作用
? § 4-3 建筑围护结构的热湿传递
? § 4-4 以其它形式进入室内的热量和湿量
? § 4-5 冷负荷与热负荷
§ 4-1概 述
一, 室内热湿环境的形成及其受到的影响
主要包括两部分：
1,外扰因素：室外气候参数 （ 室外空气温,
湿度, 风速, 太阳辐射, 风向变化及临时的空气温
湿度 ） 。 通过围护结构的传热, 传湿, 空气渗透使
热量与湿量进入室内 。
2,内扰因素：室内设备, 照明, 人体等热湿
二, 室内湿热的传递作用形式
对流质交换 （ 对流换热 ）, 导热 （ 水蒸气渗
透 ） 和辐射
§ 4-2 太阳辐射对建筑物的热作用
一, 围护结构外表面所吸收的
太阳辐射得热
二, 室外空气综合温度
三, 夜间辐射
一,围护结构外表面所吸收的太阳辐射得热
1,太阳照射到非透明的围护结构外表面时；
一部分被反射, 一部分被吸收, 两者的比例取
决于围护结构表面的吸收率 （ 或反射率 ）
非透明物体的吸收率取决于两方面的因素：
a.投入射线的波长
b,物体的自身状况 （ 如表面光法度, 颜色等 ）
结论：围护结构的表面越粗糙, 颜色越深,
吸收率越高, 反射率越低 。
2.半透明物体在太阳照射时
? 半透明物体对不同波长的太阳辐射的吸收,
反射和穿透有选择性 。
? 结论：玻璃对可见光和波长为 3μm以下的
短波红外线来说几乎是透明的, 但却能有
效地阻止长波红外线辐射
? 玻璃属于半透明体：
二,室外空气综合温度
围护结构外表面的热平
衡：壁体 得热 等于 太
阳辐射热量 （ 包括太
阳直射辐射, 天空散
射辐射, 地面反射辐
射 ）, 长波辐射得热
量 （ 大气长波辐射,
地面长波辐射, 环境
表面长波辐射 ） 和 对
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? 室外空气综合温度, 即综合表达了室外
空气温度, 太阳辐射, 围护结构外表面
与天空和周围物体之间的长波辐射, 这
样一个综合热作用 。
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三, 夜间辐射
? 白天, 长波辐射可忽略, 夜间不可忽略
? 经验值：对于垂直表面近似取 QL=0,对
于水平面, 取 QL/aout=3.5— 4.0℃
§ 4-3 建筑围护结构的热湿传递
一,通过围护结构的显热得热
二,通过围护结构的湿传递
一,通过围护结构的显热得热
? 包括两方面：
? 通过非透明围护结构的热传导；
通过玻璃窗的日射得热。
? （一）通过非透明围护结构的热传导
? 非透明围护结构的传入室内的热量来源
两方面,
? 1.室外空气与围护结构外表面之间的对流
换热 ;
? 2.太阳辐射通过墙体导热传入的热量。
（二）通过玻璃窗的
得热
? 一方面由于阳光的透射；
另一方面由于室内外存在
温度差
? （ 1）通过玻璃板壁的传
热量
? 按稳态计算：
? 公式：
（ 2）透过玻璃窗的太阳辐
射得热
（三）墙体、屋顶等建筑构件的传热
过程，可看作非均质板壁的一维不
稳定导热过程
墙体的传热量与温度对外扰的响应
? 结论：
? 1.温度波幅的 衰减 ；时间的 延迟 ；
? 2.当室外温度有所变化时，围护结构外表
面、围护结构本身各部位和内表面的温度
变化比室外空气温度的变化时间上有所滞
后。 距外表面距离越远，滞后的时间就越
长。
?3.围护结构的热容量愈大，滞后的时间就
愈长，波幅的衰减就愈大。
二,通过围护结构的湿传递
? 通过围护结构的湿传递与室内外水蒸气的
分压力有关，在稳定情况下，单位时间内
通过单位面积围护结构的水蒸气量 w与两
侧空气中水蒸气压力差正比
— 比例常数，称为水蒸气渗透系数
— 水蒸气两侧分压力
2( ) [ / ( ) ]V o u t i nW K P P k g S m??
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围护结构最小蒸汽渗透阻值
在稳定条件下从围护结构内表
面算起，
1.计算第 n层材料层外表面的温
度。
2.由计算出的温度查表对应出
第 n层材料层的饱和压力。
3.计算在稳定条件下从围护结
构内表面算起，第 n层材料层
外表面的水蒸汽压力。
4.如图：作出饱和水蒸气压力
和实际水蒸气压力曲线 。
发生湿传递的后果
? 1.若围护结构内任一断面上的水蒸汽分
压力大于该断面温度所相应的饱和水蒸
汽分压力，则在此端面将有水蒸汽凝结；
? 2.若温度低于零度，会出现冻结；使得
维护
? 3.结构的传热系数大大增加, 传热量增
加, 加剧了维护结构的损坏, 所以必须
设置蒸汽隔层 。
§ 4-4 以其它形式进入室内的热量和湿量
? 一,室内产热产湿量
? 二,空气渗透带来的得热
一,室内产热产湿量
（ 一 ） 设备与照明的散热
室内设备分为 加热设备 和 电动设备
照明设备散热量属于稳定得热, 不随时间
变化
如,白炽灯 Q=n1N W
荧光灯, Q=n1(N+Nˊ) W
（ 二 ） 人体的散热与散湿
（ 三 ） 设备的散湿量及潜热散热
（ 1）自由液面的散湿量；
如果室内有一个热的湿表面，散湿量为：
式中,Pｂ — 水表面温度下的饱和空气的水蒸汽
分压力
Pａ — 空气中的水蒸汽分压力
B— 当地实际大气压；
F— 水表面蒸发面积；
? — 蒸发系数； ?=?0+3.63× 10－ 8v
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（ 2）若蒸发过程是一个绝热过程，
则室内的总得热量并没有增加。空气
向水传递的热量为
Q=?F（ tr－ trs）
式中,tr,trs －分别为空气干球温度、湿
球温度
这些热量全部用于水分的蒸发，湿地
面的散湿量为,W=Q/r
式中,r— 水的汽化潜热,2450kJ/kg；
W=0.006(tr－ trs)F kg/h
二,空气渗透带来的得热
气体流动要消耗一定能量，即克
服一定阻力； 即
△ P=RL+Z Pa
式中 Z为局部阻力，与空气流动动
能成正比，即 Z=??v2/2
△ P≈Z≈??v2/2
（ 1） 对于形状比较简单的孔口出流，
流速较高，流动多处于 阻力平方区
v∝ △ P1/2
（ 2） 对于渗流来说，流道断面细小而复杂,此
时可认为流动处于 层流区,
则 v ∝ △ P
（ 3） 对于门窗缝隙的空气渗透来说，介于孔口
出流和渗流之间，此时
v ∝ △ P1/1.5
所以，通过门窗缝隙的空气渗透量的计算式为：
La=vFcrack=al△ P1/1.5 =Fd△ P1/1.5 m3/h
式中,Fd—— 当量孔口面积 ; Fd =al
l —— 门窗缝隙长度，
a—— 实验系数，取决于门窗气密性
计算风压作用造成的空气渗透
（ 1）缝隙法 La=kla l
la —— 每 m长门窗缝隙，每 h渗入房间的空气量；
l —— 门窗缝隙总长度；
k —— 主导风向不同情况下的修正系数
（ 2）换气次数法
当缺少足够的门窗数据系数时, 对于有门窗
的维护结构数目不同的房间给出一定室外平均风
速范围的平均换气次数, 通过换气次数即可求得
空气渗透量 。
La= n﹒ V n —— 换气次数
美国, n=a+bv+c（ tout－ tin）
§ 4-5 冷负荷与热负荷
? 一,负荷的概念
? 二,瞬时得热与瞬时冷负荷的关系
? 三,照明和实际冷负荷之间的关系
一,负荷的定义
? 1、得热量,指某时刻进入房间的总热量。
来源,室内外温差传热、太阳辐射进入热量、室
内照明、人员、设备散热等。
? 得热量分类：
? 按是否随时间变化：
分稳定得热；瞬变得热。
? 按性质不同：
显热得热；
包括,对流, 辐射 两种方式传递的得热
潜热得热 ;
2、热负荷：
定义,维持一定室内热湿环境所需要的在
单位时间内向室内加入的热量。
分类,显热负荷；潜热负荷
3、冷负荷：
定义,为了连续保持室温恒定，在某时刻需向房
间供应的冷量，或需从室内排除的热量。
1）瞬时冷负荷,瞬时得热中，以 对流方式 传递
的显热,潜热部分，直接放散到房间空气中，立
刻构成房间 瞬时冷负荷；
2）滞后冷负荷,显热中的 辐射成分 不能立即转
化为冷负荷。 进入房间的辐射热要经过吸收、
反射、对流放热、辐射放热等多次过程才能最终
转化为对流热，被空气带走，形成冷负荷。
二, 瞬时得热与瞬时冷负荷的关系
? 结论,任一时刻房间瞬时得热量的总和未
必等于同一时间的瞬时冷负荷。
瞬时日射得热量与冷负荷之间的关系：
? 图中表明,实际冷
负荷的峰值大致比
太阳辐射热的峰值
少（约 40%左右），
而且，出现的时间
也迟于太阳辐射热
峰值出现的时间。
结论：
? 1.得热量转化为冷负荷过程中，存在着 衰
减和延迟 的现象。主要由 围护结构和家俱
等蓄热能力决定 的。
? 2.蓄热能力强，冷负荷衰减愈大，延迟时
间也愈长。
? 3.蓄热能力取决于热容量，热容量大，蓄
热能力大。
三,照明和实际冷负荷之间的关系
? 图中：
? 灯具开启后，大部分
热量被蓄存起来； 随
着照明时间的延续，
蓄存的热量逐渐减少
? 关灯后，蓄存在结构
中的热量再逐渐放出
来成为房间冷负荷。
开灯 关灯 时间 (h)
? 在计算空调负荷时，必须考虑围护结构的吸热、蓄热和
放热过程。
? 不同性质的得热量所形成的室内逐时冷负荷是不同的。
? 在确定房间逐时冷负荷时，必须按不同性质的得热分别
计算。
? 说明：照明和机械设备的对流和辐射的比例分配与其表
面温度有关，人体的显热和潜热比例分配也与人体所处
的状况有关。
