室外的气候环境和室内的各种因素都会对室内的热环境产生影响,我们通常将室外气候因素对室内热环境的影响称为外扰,室内各类发热元素对于室内热环境的影响称为内扰。要对抗外扰和内扰对室内环境的影响,就必须借助于建筑的围护界面和人为的制冷或供暖进行平衡,从而耗费相应的能量。建筑与室内环境的节能就是在满足室内环境热舒适需求的前提下,通过减慢围护界面热传递速度等技术和手段,利用或防御太阳辐射的光和热,尽可能少地耗费供暖和空调的能量。
任何物质都能够储存热能,在通常的大气压力条件下,温度不同的物质之间都会产生热的转移,即热量从温度高的物质向温度低的物质流动,直至两者达到相同的温度。温度差越大,传热速度越快。
传导、对流和辐射是热传递的三种基本方式,其中传导和对流是通过物体之间的相互接触完成的,建筑外墙面的热传递过程实际上就是一个典型的传导、对流和辐射传热的过程。在炎热的夏天,太阳通过辐射将热量传至地球,使室外空气升温,室外空气通过墙体表面的对流使外墙温度升高,空气中的热量以热传导的形式从墙体外侧传向内侧,使外墙内表面温度升高,加热周围的室内空气温度,外墙内表面周围的热空气与室内的冷空气形成对流,使整个室内温度升高,从而增加室内空调的热负荷。(www.daowen.com)
对于一个封闭的室内空间,室内空气的对流速度主要取决于室内空气温度与围护界面内表面的温度差值,温差越大,室内空气对流就越强,流速就越大。我们可以用炎热夏天里有空调的房间作为例子,空调房间内的空气温度要比室外低得多,假设为25℃,假定此时外墙外表面的温度为32℃,外墙保温性能越好,其传热阻就越大,经外墙的隔热作用,外墙内表面的温度就越低,假定为26℃,室内空气与外墙内表面的温差只有1℃;但如果外墙的保温性能稍差,外墙内表面的温度可能达到28℃,此时室内空气与外墙内表面的温差达3℃,在这种情况下,室内空气的对流速度必定会比前一种情况要大。因此,要减小室内空气的流速就必须缩小室内空气与围护界面内表面之间的温差,换句话说,就必须提高外墙的保温隔热性能,除了可以将室内空气流速控制在允许的舒适范围之内,还可以因此降低室内外热量的交换,减少室内热量的获得,从而降低夏天空调的制冷能耗。寒冷冬季的情况则恰好与此相反,室内温度高于室外温度,外墙内表面温度高于外表面温度,外墙的保温隔热性能越好,内外表面温差越大,外墙内表面温度就越接近室内温度,室内空气温度与外墙内表面温差就越小,室内空气流速就越小,通过对流传热的程度就越低。
因此,建筑与室内环境的保温、隔热过程,实际上就是通过室内外或者室内各个空间之间分隔界面的一定做法,限制建筑室内与室外、室内各空间之间通过分隔界面传送热量,从而在夏季阻止室外热量进入室内,而在冬季则防止室内的热量传向室外,同时在必要时有效阻止室内不同用途空间之间的热量传递,从而降低室内空调和供暖的能耗。
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