第1.1章室内热环境

恒温层温度
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地层温度
未考虑地热的影响，可以采用付立叶导热微分方程来求地层在
周期温度作用下的温度场。假定地壳是一个半无限大的物体，
有：
a
2
y 2
边界条件为过余温度 (0, ) Ac℃os 2
Z
A是地层表面温度的波幅(℃)，Z是波动周期(小时)。
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地层温度
深度达到某一个部位，最热 月时此处的温度反而低于该 点的全年平均温度，而在最 冷月时，该点的温度要高于 全年平均温度。
时间(小时)
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温度(℃)
逆温层
原因 地面有冷源
1. 夜间长波辐射 2. 附近有较低温 的海风吹来
正常的温度梯度：地表热，高空冷
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空气温度的局部效应
受地面反射率、夜间辐射、气流、遮阳等影响，离建筑物越远， 温度越低
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空气温度的局部效应
霜洞效应：洼地冷空气聚集造成气温低于地面上的空气温度
地表温度
水蒸汽分压力
空气温度
参考文献：刘森元，黄远峰：天空有效温度的探讨，
《太阳能学报》，Vol.4, No.1, pp.63-68, 1983
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地层温度
表面温度的变化取决于 太阳辐射和对天空的长 波辐射，可看作是周期 性的温度波动
地层表面的月平均温度 波动幅度基本等于室外 月平均气温波动的幅度： 北京全年最大月平均温 差30.8 ℃，北京地层表 面温度全年的波幅为 15.4℃
长波 红外线
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太阳总辐射能量比例
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太阳常数1353W/m2：大气层外的辐射强度
进入大气层后被反射和吸收，光谱成分有所改变，辐射强度有所 改变。太阳高度角是重要影响因素。
近红外线 45.2%
长波红外线 2.2%
紫外线 7.0%
可见光 45.6%
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大气层对太阳辐射的吸收
超短波 X射线和其它一些超短波射线在通过电离层时，被O2、 N2及 其它大气成分强烈吸收
空气温度
日较差：一日内气温的最高值和最低 值之差。
年较差：一年内最冷月和最热月的月 平均气温差。
年平均温度：向高纬度地区每移动 200~300 km 降低1℃。
年较差与纬度的关系
太阳辐射和日气温变化
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空气温度的日变化
武汉九月初一天的气象数据 一天中最高气温一般出现在下午2~3时，最低气温一般出现在凌晨 4~5时
短波 受到天空中的各种气体分子、尘埃、微小水珠等质点的散射， 使得天空呈现蓝色 紫外线被大气中的臭氧所吸收
长波 被CO2和水蒸气等温室气体所吸收
剩下的 可见光＋近红外线
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落到地球上的太阳辐射能量
由三部分组成 直射辐射：为可见光和近红外线 散射辐射：被大气中的水蒸汽和云层散射，为可见光和近红外线 长大波气辐长射波。辐在射日：间大比气例（很水小蒸，汽可和以CO忽2）略吸。收后再向地面辐射，为
所谓太阳总辐射照度一般仅包括前两部分
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太 阳 辐 射 能 的 去 向
10
50％到达地面
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太阳辐射能与太阳高度角
I0
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大气层质量 m
大气大层质量＝1
为什么太阳高度角接 近0º和90º时垂直面的日 射量都小？
地球表面处法向太阳 直射辐射照度： IN = I0P m
m = L’/L = 1/sin
影响因素
– 寒冷和沙漠地区： 2 mbar
地面性质
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1.1.2 室内热环境的影响因素
1.1.2.1 室外气候因素 （2）空气温度
主要指距地面1.5m高，背阴处的空气温度。 空气与地表面以导热、对流和长波辐射形式进行热交换而被加热或
冷却以对流为主。对短波辐射几乎是透明体。 空气温度是如何产生变化的？
白天地表温度升高与空气温度升高，谁是诱因？ 夜间地表温度降低与空气温度降低，谁是诱因？ 白天和夜间的空气垂直分布应该是怎么样的？
温度波在向地层深处传 递时，有衰减和延迟； 1.5m后日变化被滤掉； 一定深度后便成为恒温 层，温度比全年气温平 均温度高1～2℃。
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地层温度
地名
哈尔滨 北京 上海 广州
土壤表面年平均 地面温度波幅
温度td（℃）
Ad（℃）
4.6
22.7
13.1
15.4
17.0
11.9
24.6
7.3
室外空气年平均 温度（℃） 3.6 11.4 15.7 21.8
大大气层质量＝2
＝30
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太阳日总辐射照度与朝向
地点：北纬40°
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关于太阳高度角
太阳高度角与太阳通过的路径长度密切相关，从而影响日射强 度。太阳高度角低则日射强度小
冬季太阳高度角低，夏季太阳高度角高 清晨和傍晚太阳高度角低，中午太阳高度角高 高纬度地区太阳高度角低，低纬度地区太阳高度角高
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有效天空温度
大气层吸收10％以上的太阳辐射和来自地面的反 射辐射，并向地面进行长波辐射（5～8m及 13m以上）
地表有效辐射：地面与大气层之间的辐射换热 QR
QR＝Qg－Qsky ＝σ ( Tg4 －地表T的sk黑y4度)
波尔兹曼常数
地表温度
有效天空温度
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有效天空温度
日照百分率
Tsky [0.9Td 4 (0.32 0.026 ed )(0.30 0.70S)T04 ]1/4
32 30 28 26 24 22 20 18
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 时间 (小时 ) 18
温度 (℃ )
空气温度的年变化
武汉某年的气象数据
一年中最热月一般在7、8月份，最冷月一般在1、2月份。
40 30 20 10 0 -10
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
如果考虑地热的影响，深度 每增加1米，地层平均温度一 般就会增加1/30 ℃左右。但 与当地地质条件有关。
未考虑地热影响的
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1.1.2 室内热环境的影响因素
1.1.2.1 室外气候因素 （3）空气湿度
来源
• 水蒸汽分压力
水体蒸发
– 冬季较低，夏季较高
植物蒸发
– 湿热地区：15~20 mbar
1.1.1 人与室内热环境
1.1.1.1 人体的热平衡
1.1.1 人与室内热环境
1.1.1.2 人的热平衡的影响因素
1.1.1 人与室内热环境
1.1.1.3 热环境的综合评价（选讲）
1.1.2 室内热环境的影响因素
1.1.2.1 室外气候因素 （1）太阳辐射
紫外线 可见光
近红外线