空气的平均折射指数为1.0；在太阳光谱的范围内，玻璃的平均折射指数为1.526。
此外射线单程通过半透明薄层的吸收百分比a0取决于对应其波长的材料的消光系数K? 以及射
线在半透明薄层中的行程L。而行程L又与入射角和折射指数有关，消光系数K? 与射线波长有关。在太阳光谱主要范围内，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。射线单程通过半透明薄层的吸收百分比a0可以通过以下公式进行计算：
a0?1?exp(?KL)
(3-10)
因为随着入射角的不同，空气－半透明薄层界面的反射百分比r不同，射线单程通过半透明薄
层的吸收率a0也不同，从而导致半透明薄层的吸收率、反射率和透射率都随着入射角改变。图3-6是3mm厚普通窗玻璃对阳光的的吸收率、反射率和透射率与入射角之间的关系曲线。由图可见，当阳光入射角大于60? 时，透射率会急剧减少。
反射率/透射率1吸收率a透射率吸收率0.20.160.120.80.60.40.2001020304050吸收百分比反射百分比反射率0.080.040入射角()o60708090
图3-6 3mm厚普通窗玻璃的吸收率、反射率和透射率与入射角之间的关系曲线
3.1.2室外空气综合温度
图3-7表示围护结构外表面的热平衡。其中太阳直射辐射、天空散射辐射和地面反射辐射均含
有可见光和红外线，与太阳辐射的组成相类；而大气长波辐射、地面长波辐射和环境表面长波辐射则只含有长波红外线辐射部分。壁体得热等于太阳辐射热量、长波辐射换热量和对流换热量之和。建筑物外表面单位面积上得到的热量为：
q??out(tair?tw)?aI?QLw??out[(tair?aI?out?QL?out)?tw]??out(tz?tw) (3-11)
其中： ?out ?? 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 ?? 太阳辐射照度，W/m2；
6
QLw ?? 围护结构外表面与环境的长波辐射换热量，W/m2。
ì?ì?é￠é?·?é???ì??±?é·?é?′?ó?3¤¨?2·é??á?÷?è·?3?±í??¤3¨2?·é?μ?×?3¤¨?2·é?μ×??·′é?·?é?úì±?μ?è 图3-7 围护结构外表面的热平衡
太阳辐射落在围护结构外表面上的形式包括太阳直射辐射、天空散射辐射和地面反射辐射三种，后两种是以散射辐射的形式出现的。由于入射角不同，围护结构外表面对直射辐射和散射辐射有着不同的吸收率，而且地面反射辐射的途径就更为复杂，其强度与地面的表面特性有关。因此式(3-11)中的吸收率a只是一个考虑了上述不同因素并进行综合的当量值。
式(3-11)中的tz称为室外空气综合温度(Solar-air temperature)。所谓室外空气综合温度是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 / ?out值，显然这只是为了计算方便推出的一个当量的室外温度，并非实际的室外空气温度。因此室外空气综合温度的表达式为：
tz?tair?aI?out?QLw?out (3-12)
式(3-11)、(3-12)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。有时这部分长波辐射是可以忽略的，这样式(3-12)就可简化为：
tz?tair?aI?out (3-13)
3.1.3 夜间辐射
在计算白天的室外空气综合温度时，由于太阳辐射的强度远远大于长波辐射，所以忽略长波辐射的作用是可以接受的。夜间没有太阳辐射的作用，而天空的背景温度远远低于空气温度，因此建筑物向天空的辐射放热量是不可以忽略的，尤其是在建筑物与天空之间的角系数比较大的情况下。特别是在冬季夜间忽略掉天空辐射作用可能会导致对热负荷的估计偏低。因此，式(3-11)、(3-12)中的长波辐射QLw也被称为夜间辐射或有效辐射。
围护结构外表面与环境的长波辐射换热包括大气长波辐射以及来自地面和周围建筑和其他物体外表面的长波辐射。如果仅考虑对天空的大气长波辐射和对地面的长波辐射，则有：
7
44QLw???w[(xsky?xg?g)Twall?xskyTsky?xg?gTg4]
(3-14)
其中：?w ?? 围护结构外表面对长波辐射的系统黑度，接近壁面黑度，即壁面的吸收率a；
?g ?? 地面的黑度，即地面的吸收率；
xsky ?? 围护结构外表面对天空的角系数； xg ?? 围护结构外表面对地面的角系数； Tsky ?? 有效天空温度，见第二章，K； Tg ?? 地表温度，见第二章，K； Twall ?? 围护结构外表面温度，K；
? ?? 斯蒂芬－玻尔兹曼常数，5.67?10-8 W/m2K4。
由于与环境表面的长波辐射取决于角系数，即与环境表面的形状、距离和角度都有关，很难求
得，因此往往采用经验值。有一种方法是对于垂直表面近似取QLw =0，对于水平面取
QLw?out?3.5~4.0?C。很显然这种做法的前提是认为垂直表面与外界长波辐射换热之差值很小，可以
忽略不计。
8
第二节 建筑围护结构的热湿传递与得热
本节的任务是介绍围护结构在内外扰作用下的热过程及特点，以及各种得热的数学表述方法。根据本章开始对得热的定义，可得知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。而在这里“房间”的范围是指围护结构的内表面包络的范围之内，包括室内空气、室内家具以及围护结构的内表面。即所谓的得热，就是在外部气象参数作用下，由室外传到外围护结构内表面以内的热量，或者是室内热源散发在室内的全部热量，包括通过对流进入室内空气以及通过辐射落在围护结构内表面和室内家具上的热量。
建筑物的得热包括显热得热和潜热得热两部分。本章的得热表达式基本是指显热得热，而潜热室内热源形成的总得热量是比较容易求得的，基本取决于热源的发热量，与室内空气参数和室得热则是以进入到室内的湿量的形式来表述的。
内表面状态无关。但通过围护结构的总得热量却与很多条件有关，不仅受室外气象参数和室内空气参数的影响，而且与室内其它表面的状态有显著的关系。因此通过外围护结构的得热的求解方法要复杂得多，因此需要做一定的假定条件来简化得热的求取过程。
通过外围护结构的显热传热过程也有两种不同类型，即通过非透光围护结构的热传导以及通过透光围护结构的日射得热。这两种热传递有着不同的原理，但又相互关联。而通过围护结构形成的潜热得热主要来自于非透光围护结构的湿传递。
3.2.1 通过非透光围护结构的显热得热
3.2.1.1非透光围护结构的热平衡表达式
通过墙体、屋顶等非透光围护结构传入室内的热量来源于两部分：室外空气与围护结构外表面由于围护结构存在热惯性，因此通过围护结构的传热量和温度的波动幅度与外扰波动幅度之间之间的对流换热和太阳辐射通过墙体导热传入的热量。
存在衰减和延迟的关系，见图3-8。衰减和滞后的程度取决于围护结构的蓄热能力。围护结构的热容量愈大，蓄热能力就愈大，滞后的时间就愈长，波幅的衰减就愈大。图3-8(a)给出了两种传热系数相同但蓄热能力不同的墙体的传热量变化与室外气温之间关系。由于重型墙体的蓄热能力比轻型墙体的蓄热能力大得多，因此其得热量的峰值就比较小，延迟时间也长得多。
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(a) 墙体得热与外扰之间的关系 (b) 墙内表面温度与外温的关系
图3-8 墙体的传热量与温度对外扰的响应
墙体、屋顶等建筑构件的传热过程均可看作非均质板壁的一维不稳定导热过程，描述其热平衡的微分方程为：
?t?2t?a(x)?t ?a(x)2????x?x?x (3-15)
如果定义x=0为围护结构外侧，x=?为围护结构内侧，考虑太阳辐射、长波辐射和围护结构内外侧空气温差的作用，可给出边界条件：
?out[ta,out(?)?t(0,?)]?Qsol?Qlw,out???(x)m?t|x?0 ?x
(3-16) (3-17)
?in[t(?,?)?ta,in(?)]???xj?j[T4(?,?)?Tj4(?)]?Qshw???(x)j?1?t|x?? ?x 初始条件为：
t (x,0 ) = f (x)
(3-18)
式中：a (x) ?? 墙体材料的导温系数，m2/s；
? ?? 时间，秒； ? ?? 墙体厚度，m；
t (x, ?)，T (x, ?) ?? 墙体中各点的温度，℃，K； tin (?) ?? 围护结构内侧的空气温度，℃； ta, out (?) ?? 围护结构外侧的空气温度，℃；
? (x) ?? 墙体材料的导热系数，W/m K；
?out ?? 围护结构外表面对流换热系数，W/m2℃； ?in ?? 围护结构内表面对流换热系数，W/m2℃；
Qsolar?? 围护结构外表面接受的太阳辐射热量，W/m2； Qlw ?? 围护结构表面接受的长波辐射热量，W/m2； Qshw?? 围护结构内表面接受的短波辐射热量，W/m2； x j ?? 所分析的围护结构内表面与第j个室内表面之间角系数；
? j ?? 所分析的围护结构内表面与第j个室内表面之间系统黑度；
m ?? 室内表面的个数（除被考察的围护结构以外）； Tj (?) ?? 第j个室内表面的温度，K。 a ?? 空气； in ?? 室内侧； out ?? 室外侧； lw ?? 长波辐射； shw ?? 短波辐射；
下标：
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