正文 第六章 熱環境分析(1 / 3)

我們加熱或冷卻人類周圍空間的目的是為了提供熱的舒適性。一個給定的係統,將由它的占用者根據其滿足這種要求的能力出評價,因此很明顯必須從舒適性的條件著手來對加熱和空調係統進行合理的計算,並用舒適方程來表達。

活動水平和衣服熱阻的確定取決於利用空間的目的,而舒適方程給出了能創造最理想熱舒適性的各種環境變量。這樣就有多種滿足舒適性要求的可能性。可,對一特定的環境經過選擇的房間,其熱特性和室外條件在各變量之間將構成一定的依存關係。

在本章中,將應用一種方法來進行房間的熱分析,並提供熱舒適性的狀態。先確立房間特征位置上的熱舒適性過程,然後就可計算平均輻射等溫線和等曲線並將所占區域繪製在圖上,這樣,房間的曲線也就可以計算了。通過分析,就可得到所需要的溫度、可能加熱或冷卻牆板的麵積、室內對流加熱器產生的熱量、送風溫度和流速,以及熱流經過的所有表麵的溫度。

通過分析可獲得在此空間中(實際輻射區域)有關熱舒適條件的詳細資料,而且在需要時修改工程設計中的加熱冷卻係統。通過對不同係統的分析還能夠對複雜的係統進行比較和優化。

此方法的原理由室內所有表麵和室內空氣建立熱平衡方程,熱舒適方程和前麵推導過的平均輻射溫度的方程也要采用。通過解聯立方程就確定所需推導的係數。

在四十年代末,已經使用了有點類似的方法;可是,他們在安排上既沒有現代舒適的條件,又沒有足夠的人體和環境之間的角係數的數據。另外,他們為了全部計算不得不應用一係列粗略的簡化,因為那時還不能有效地使用數字計算機。

第一節舒適條件

可直接用舒適方程作為舒適條件,也可以用指數方程作為舒適條件,此時的預告平均票數等於零。在這種情況下,這兩個方程為恒等式。通過空間使用的判斷,可以確立一個人在室內的特征位置並對其進行計算。後來,在使用空間裏所有其它位置的值也能確定了。而對室內的值,作為可能的熱變化值,也能進行計算了。

考慮到空間將來的使用目的,然後就必須用估算活動水平和著衣情況。空間的水蒸汽壓力通常是非常穩定的,這一點可以從室內的蒸汽平衡方程得到證明。可是,如前麵所討論的,濕度隻有很小的影響,那麼在大多數情況下隻要粗略地估算就足夠了。

隨後必須估算人體運動(在高活動水平下)時的相對速度和使用空間的空氣流速。空間中連度分布的理論計算目前尚沒有。空間空氣流動分布的估算一方麵是基於對空氣外溢和熱、冷垂直表麵產生的氣流的認識,另一方麵是基於對空間空氣的各種分布規律的經驗。空氣出口在哪裏是要注的,其計算通常是根據自由射流理論來進行的,這已在實驗中很好地證實了。通常,研究者的目標是氣流到達使用空間時,將其速度減小到很小的值。為了在使用空間獲得一個盡可能穩定的氣流場,通常所希望的速度。

計入上麵提到的數值後,舒適方程就能得出空氣溫度和平均輻射溫度之間的關係。為了達到最佳的熱舒適效果,就必須滿足這種關係。在某些情況下,可以預測到平均輻射溫度與空氣溫度非常接近。在這種情況下,可以直接由舒適方程得出,或者,更容易些。中的曲線得出,喻時的舒適值就可直接用於下麵的熱力學分析中。

第二節室內表麵的熱平衡

房間中的每一個表麵的都與其它表麵進行著輻射交換,也和空間中的空氣進行熱對流交換。在穩態條件下,這兩個熱流交換量等於通過表麵的熱傳導量:

下麵,將對熱平衡中的每一個術語進行評價。輻射熱傳遞假設空間由一個等溫表麵積。

計算在以下假設條件下進行:

1.表麵溫度(和發射率)在所有表麵是相同的可將牆表麵分解為不同溫度和發射率的若幹部分。

2.室內空氣不是輻射媒介。例如,空氣不發射、吸收或散射。水蒸汽是空氣中唯一真有輻射性的成份,但它的濃度很小,實際占的體積也很小,所以水蒸汽的作用可以忽略不計。發射輻射和入射輻射的吸收部分之間的差就是典型表麵的淨輻射熱損失。所以通常入射輻射漢一部分來自別的表麵的輻射,而另一部來自別的表麵的發射,甚至是多次重複的發射。由於這種多次發射,輻射交換的計算變得極為複雜。但是,可以運用輻射通量(麵)密度的概念來簡化計算。表麵的輻射通量密度指的是單位時間和單位麵積內通過的輻射能量:這裏的發射率。

因為假設發射和反射輻射為漫射,所以這也符合輻射通量密度的概念。因此,根據已知的輻射通量密度可以推斷,角係數可被用於計算表麵間的輻射交換。

隻隨溫度的變化而略微地變化,因此粗略地估算溫度後就可確定的值,如菓溫度的變化很小,那就可以將所有的值視為一個固定值。

對於多個幾何牆麵,中的角係數在文章中處理起來很方便,既可以表達為方程,又可以表達為曲線。計算房間裏矩形表麵間角係數的專門的計算機程序已由布朗編出。

各表麵的輻射特性數據(發射率、反射率)可以從標準的教科書和手冊上查到,格貝裏夫等人已經出版了最簡明的數據表。