《建筑环境学》PPT课件.ppt

1、第2章 建筑外环境,虽然我们的研究对象以室内环境为主，但由于室内环境，尤其是热湿环境受室外的影响非常大，所以有必要了解外环境,外环境是怎样影响室内环境的,为什么要了解外环境,第2章 建筑外环境 建筑外环境知识框架,地球运行基本知识,建筑外环境,太阳位置表示方法,太阳辐射能与日照,日照间距与日影计算,室外气象参数,城市气候,中国气候环境,设计中室外参数的选用,地质环境,水环境,植被,气温、湿度、风、降水等,太阳辐射,气候环境,特征,氡的形成过程,地热,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.1 地球运行的基本知识,经度,纬度,北纬,南纬,东经,西经,经线,纬线,伦敦格林威治天文台,180,0,0,

2、90,北京时间,地球每转1 需要4分钟,黄道面等分24段，每段15天，即为1个节气，全年有24个节气,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.1 地球运行的基本知识,地球的公转与自转,当地太阳时（真太阳时）：太阳在当地正南时为12点，地球自转一周又回到正南时为一天。 地区标准时间：规定在一定经度范围内使用一种标准时间。如世界时间（本初子午线/格林威治天文台），北京时间（东京120/东8时区,标准时所处经度 120,当地经度 11319 12126,当地太阳时 11:33 12:06,地区标准时 12:00,广州 上海,两地时差,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.1 地球运行的基本知识,计算某

3、时刻日照时应按标准时还是真太阳时,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.1 地球运行的基本知识,赤纬的存在，使得地球白昼时间不同,式22,表21 式21,二十四节气的由来 地球绕太阳为一偏心率很小的椭圆轨迹运行，这一偏心椭圆引起的实际太阳时与理论计算的差值，对每一节气则用平均时差，对于每日采用e，实际太阳时可采用,地球上存在某一天终日见不到太阳的地方吗,几个重要角度,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.2 太阳位置的表示方法,太阳位置计算式,太阳位置= f（地理位置、季节、时间,太阳高度角,太阳方位角,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.2 太阳位置的表示方法,可用否,1) 电磁波,建筑环

4、境工学FIG1-23,6000K黑体,大气层外,黑体373K （100,单色辐射力,波长（ m,可见光,红外线,紫外线,远红外,323K （50,273K （0,单色辐射力,地面 纬度：30,0.380.76 m,7.0,45.6,45.2,2.2,2.1.3 太阳辐射能与日照,基本常识,此比例逐年上升,紫外线,1353W/m2,1025W/m2,太阳总辐射的20亿分之一,地球：大头针的针头,篮球,太阳常数I0 ： .垂直平面； .大气层外边界； .单位辐射能,2)太阳常数,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,距离：篮球场的长度,到达地面的太

5、阳辐射,大气层外边界,到达地面,基本常识,2.1.3 太阳辐射能与日照,I0,IN,I1,L=L/sin,L,I0,正午和傍晚地面受照情况图,2.1.3 太阳辐射能与日照,辐射路径距离的影响1,不同纬度水平面上太阳辐射,时刻/h,不同纬度受照情况,2.1.3 太阳辐射能与日照,辐射路径距离的影响2,太阳辐射强度/Wm-2,日照过少导致人体产生的褪黑色素增加，引起精神忧郁 紫外线 杀菌，促进合成维生素D 导致皮肤癌 可见光 获得照明 红外线 带来辐射热能,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 太阳辐射能与日照,日照作用,臭氧层及其破坏的主要原因,未破坏时：臭氧层主要吸收0.32 m紫外线,C

6、FCs、Cl原子等,臭氧浓度,反应消耗O3,红外线：0.77-4 m范围的红外线（热效果强）是左右气温的主要原因,紫外线进入地球表面,2.1.3 太阳辐射能与日照,紫外线与红外线的主要作用,避免日照：防止室内过热（炎热地区的夏季），避免眩光和防止化学作用的建筑（展览、阅读、药品管理）； 争取日照：病房、幼儿活动室，住宅要求日照以得到良好的卫生条件，使房间冬季能得到太阳辐射以提高室温,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.4 日照间距,日照的避免与保证,日照时间：太阳日出至太阳日落照射到建筑物窗口的时间，一般采用冬至日或大寒日日照时间作为设计条件,日照面积：与日照时间概念相同，但更接近于室内日照

7、实际情况一般应满足：0.40m2/人,日照率：实际日照时数与可照时数与的之比。我国各地全年的日照率大小排序：西北、华北、东北为第一，华南及长江中下游居次，四川盆地、贵州东部和两湖盆地最少。反映什么特性,朝向设计,窗户面积保证,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.4 日照间距,日照保证,哪个要求严？为什么,日照间距计算,日照间距：即：计算日正午时前栋建筑的阴影,D0:H0：一般1:1.1与纬度及建筑等方位有关,日照时间与日照面积均可通过上式计算,纬度,D0:H0,上海,北京,长春,深圳：23.5,取决于，A,日影概念：终日日影、永久日影 遮挡： 互遮挡、自遮挡,南北相邻间距,2.1.4 日照间

8、距,垂直面日影计算,建筑日照设计,卫生要求,冬季获取日照 夏季避免日照,日射得热,日照,日照时间 日照面积 遮阳计算,建筑间距,室内日照设计,计算方法,日照间距,防火间距 采光间距 交通间距,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.4 日照间距,日照在建筑设计中的作用,太阳能利用,建筑环境工程设计,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.1 室外气象参数,自然微气候的形成 大气压力 空气温度、有效天空温度 空气湿度 风 降水,城市气候,中国气候分区,气温1. 基本常识,气温： 距1.5m高处的空气温度 垂直递减率：平均为：0.6/100m 逆温现象： t(H2) t(H1), H2 H1,海洋性

9、气候,相对湿度,温度,12 1415,0,日较差,湿球温度,max,tmax,2.2.1 室外气象参数,DTR: Diurnal temperature range,气温1. 基本常识,2.2.1 室外气象参数,温度,12 1415,0,任何室外温度变化都可以用多阶谐波的组合表示,工程简化计算,夏季空调室外计算温度,夏季室外计算日平均温度,年较差与纬度的关系,太阳辐射和气温变化,30N,年较差,2.2.1 室外气象参数,纬度年较差,峰值延迟,气温2. 日较差与峰值,ATR: Annual Temperature Range,微气候,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

10、的空气温度,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，相对湿度越高,2.2.1 室外气象参数,气温3. 外微气温,Td 、Ta 地表温度、地面1.52.0m高处的气温；K。 Pa空气中水蒸汽分压力；mbar。 S日照率，与云量有关,有效天空温度：Tsky，计算公式有许多，其中有,2.2.1 室外气象参数,气温4. 影响气温的主要因素,来源 水体蒸发 植物蒸发 影响因素 地面性质 水体分布 季节 阴晴,水蒸汽分压力 冬季较低，夏季较高 湿热地区：1520 mbar 寒冷和沙漠地区： 2 mbar 日变化较小，季节变化较大 内陆地区夏季：上午910时和晚上910时最高，凌晨

11、和午后最低 沿海地区夏季和各地秋冬季：日变化与气温日变化一致,湿度1. 基本知识,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.1 室外气象参数,相对湿度与气温变化反相,湿度2. 日变化,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.1 室外气象参数,年变化 内陆和沿海地区差别较大,湿度3. 年变化,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.1 室外气象参数,广州,北京,年平均78,年平均56,大气压力随海拔高度而变 在同一位置，冬季大气压力比夏季大气压力高，变化范围5以内 海平面大气压力称作标准大气压，为101325 Pa 或 760 mmHg,大气压力,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.1 室外气

12、象参数,大气环流：造成全球各地差异 赤道和两极温差造成 地方风：造成局部差异，以一昼夜为周期 地方性地貌条件不同造成，如海陆风、山谷风、庭院风、巷道风等 季风：造成季节差异，以年为周期 海陆间季节温差造成，冬季大陆吹向海洋，夏季海洋吹向大陆,大气压差,风1. 风的成因,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.1 室外气象参数,赤道得到太阳辐射大于长波辐射散热，极地正相反。地表温度不同是大气环流的动因，风的流动促进了地球各地能量的平衡,风2. 大气环流1,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.1 室外气象参数,地球的自转把赤道上空向两极流动的气流变成西风,自转,东,西,风2. 大气环流2,2.

13、2.1 室外气象参数,放热,蓄热,低谷,低谷,风3. 海陆风和山谷风,类型： 1.季节变化主导风向； 2.主导风向； 3.双主导风向； 4.无主导风向； 5.准静止风,某地的风向频率分布 实线为全年，虚线为7月份,某地一年的风速频率分布,风特性的两个要素,风玫瑰图风向频率、风速频率,2.2.1 室外气象参数,风4. 风玫瑰图1,风向（16个方位） 风速,粗线： 全年 细实线： 冬季，122月份 虚线： 夏季，68月份,风向频率分布： 实线为全年， 虚线为7月份,北京,2.2.1 室外气象参数,风4. 风玫瑰图2,蒲福风力等级表,2.2.1 室外气象参数,风5. 风速分级表,式中：Vh 高度为h

14、处的风速，m/s； V0 基准高度为h0处的风速， m/s；一般取10m处风速； n 指数，与周围环境有关。市区，n值取0.20.5；空旷或临海地区n值取0.14左右,不同高度风速不同，城市高层建筑设计时尤为重要。一般高度与风速的关系，可按以下经验公式估算,气象台测风速高度,风6.高层建筑,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.1 室外气象参数,降水量：指降落到地面的雨、雪、冰雹等融化后，未经蒸发或渗透流失而积累在水平面上的水层厚度，以mm为单位。 降水时间：指一次降水过程从开始到结束的持续时间，用h，min来表示。 降水强度：指单位时间内的降水量。降水量的多少是用雨量筒和雨量计测定的。降水

15、强度的等级，以24小时的总量（mm）来划分：小雨10；中雨1025；大雨2550；暴雨50100,降水度量参数,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.1 室外气象参数,我国降水量大体由东南向西北递减。因受季风的影响，雨量都集中在夏季，变化率很大，强度可观。年雨量变化也很大。 北京最大年雨量近110cm，最小年雨量不足20cm。华南地区季风降水从5月到10月，长江流域6-9月，梅雨是长江流域夏初气候上的一个特殊现象，其特征是雨量缓而范围广，延续时间长，雨期20-25天左右。珠江口和台湾南部7、8月多暴雨，一般出现范围小，持续时间短,影响因素： 气温、地形、大气环流、海陆分布,降水分布规律,2.

16、2 建筑外环境中的气候环境 2.2.1 室外气象参数,我国降水基本集中在夏季，长江流域在夏初有“梅雨”降雪集中在北纬35以北,我国降水分布,降水分布状况,2.2.1 室外气象参数,自然条件 市内风速、对天空长波辐射：建筑布局影响对天空角系数和风场 云量：市区内云量大于郊区 太阳辐射：市内大气透明度低 下垫面的吸收和反射特性、蓄热特性：地面材料、植被、水体的设置 人为影响：“人为热” 交通、家用电器、炊事产热 空调采暖产热,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.2 城市气候,城市气候的形成,不同下垫面的反射和吸收比,不同下垫面的地表面温度,下垫面对气温的影响,砖石地面,草地,裸露的土地,蒸发,

17、漫反射,反射,反射,漫反射,蒸发,漫反射,反射,下垫面的影响,2.2.2 城市气候,城市外微气候,由于自然对流的作用，在地面以上一定高度内形成了一个温度随高度上升的稳定的“逆温层”，使污染物处于低温区域，妨碍了污染物向上部的扩散，加剧了城市的污染程度。“逆温层”的影响范围与热岛强度有关，在大城市可达500m高，小城市约为50m,城市热岛与逆温层,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.2 城市气候,热岛现象,罩盖作用,污染,逆温现象,气温,大气透明度,雾多,蒸发,风速减小,风玫瑰图只能参照,雨水,相对湿度,地面干燥,阴雨气候,汽车尾气等（NOX+CHX,刺激作用眼睛红肿喉咙疼痛,浅蓝色烟雾“光

18、化学污染,NOX+CHX+O2+ O3,紫外线到达地面,NOX+H2O+O3+CFC+O2、O3,皮癌患者,制冷剂 CFCs、HCFCs,臭氧层破坏,50500m,向大气,城市热岛的形成,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.2 城市气候,热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5 m高处）附件远郊的气温的差值。单位,热岛强度,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.2 城市气候,伦敦地区冬季月均热岛强度达到6.7（12 F,热岛强度 伦敦,2.2.2 城市气候,热岛强度 事例,北京80年代初城市热岛强度为夏季1.5，冬季5。家用空调的普及和车辆的剧增必然导致近年夏季热岛强度增加,热

19、岛强度北京,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.2 城市气候,北京某新建小区的热岛模拟,热岛模拟结果,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.2 城市气候,城市风场特点,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.2 城市气候,不同下垫面风速与地表温度（气温29-30时,常用城市气象参数,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.2 城市气候,空气污染指数 人体舒适度指数寒冷指数、炎热指数 紫外线指数 高温预警,空气污染指数与空气质量级别,2.2.2 城市气候,城市气象参数：空气污染指数,常用城市气象参数空气污染指数,2.2.2 城市气候,总悬浮颗粒物TSP （或可吸入颗粒物PM10） 氮氧化合

20、物NOX （或二氧化氮NO2） 二氧化硫SO2,常规监测的空气污染物的浓度,单一的概念性数值形式,空气质量状况与空气污染的程度,简化,分级,按,API1,表2-14,API3,浓,度,表2-13,空气质量、健康影响程度、适应场所,例2-3,评价结论,常用城市气象参数其他指数,2.2.2 城市气候,人体舒适度指数等级与人体感受及其舒适度的关系,人体舒适度指数、寒冷指数、 炎热指数,常用城市气象参数其他指数,2.2.2 城市气候,紫外线指数,紫外线指数（等级）对人体的可能影响,高温预警,灾害性天气,蓝色,黄色,橙色,红色,高温预警,橙色,红色,tmax37,tmax40,气候特征,2.2 建筑外环

21、境中的气候环境 2.2.3 中国的气候环境,季风气候,我国和地球同纬度地区平均气温比较表（单位：,季节交替鲜明、雨季鲜明、年较差大,南北温差大,北方冬长且寒、南方夏长且热,表2-18： 年均温：漠河/-4 ； 全年最高：广州/21.7,年较差：最小：12.1 、最大：49.1,地理因素,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.3 中国的气候环境,南北纬度跨度大：1853/35（含海洋40 ） 西沙16，黑龙江爱辉50；经度：佳木斯130，咯什76，气候各异。 海陆差别大：东临太平洋/海洋性气候， 西北大陆/干造性大陆气候 高度差距大：西高东低 第1阶梯：西部： 4000m 第2阶梯：中部： 1

22、000m 第3阶梯：平原、丘陵：500m 地形复杂,我国纬度、海陆、高差、地形等相差大 不同气候条件，房屋建筑要求也不相同,两个分区标准 “民用建筑设计规范”（GB5017693）的5个建筑热工设计分区 主要用于建筑热工设计 民用建筑（住宅、学校、医院、旅馆） “建筑气候区划标准”（GB5017893）的7个建筑气候区划分区 工业与民用建筑 主要用于建筑及规划设计,气候分区,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.3 中国的气候环境,2.4 我国气候分区 两个分区划分区别,5个建筑热工设计分区,7个建筑气候区划分区,GB5017693,GB5017893,主要指标,累年最冷月(1月)最热月(7

23、月)平均温度,累年最冷月(1月)最热月(7月)平均温度、7月平均相对湿度,辅助指标,累年日平均温度5和25的天数,年降水量、累年日平均温度5和25的天数,1级,2级,2个分区划分区别,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.3 中国的气候环境,夏热冬冷区,夏热冬暖区,温和地区,寒冷地区,严寒地区,严寒地区,严寒地区,寒冷地区,寒冷地区,建筑热工设计分区,I区,II区,III区,IV区,V区,VII区,VI区,建筑气候区划标准的分区法,全国建筑热工设计分区图,区 区 区 区 区,上海,北京,张家口,西宁,乌鲁木齐,广州,海口,成都,沈阳,大连,兰州,南宁,福州,昆明,贵阳,亚热带,高原气候区,暖

24、温带,暖温带,中温带,中温带,寒温带,热带,稀树草原 的建筑,蒙古包,2.2.3 中国的气候环境,不同气候区的建筑特征,严寒地区,2.2.3 中国的气候环境,不同气候区的建筑特征,四合院建筑冬季有效地利用了太阳能采暖和抵御北风与风沙的侵袭，屋顶设计避免了夏季室内过热,冬季寒冷、干燥，风沙较大，夏季又偏热,四合院/北京,寒冷地区,2.2.3 中国的气候环境,不同气候区的建筑特征,四合院,一般南向开大窗、北向开小窗，并有适当的挑檐，在院内形成适宜的的小气候,寒冷地区,2.2.3 中国的气候环境,不同气候区的建筑特征,夏热冬冷区（陕北,窑洞建筑,陕北地坑窑,突尼斯窑洞,延安窑洞,2.2.3 中国的气

25、候环境,夏热冬暖区（云南,竹楼建筑,云南干阑竹楼：防雨，防湿和防热,不同气候区的建筑特征,湿热地区,2.2.3 中国的气候环境,不同气候区的建筑特征,沙漠地区民居,不保证率、不保证时间概念,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.4 采暖通风空调设计中室外参数的选用,采用室外设计参数设计HVAC系统，保证房间达到设计参数。 不保证率是指每年有一定的时间比例其室外参数不能保证房间设计参数， 这一定的时间就是不保证时间，室外计算参数就是按不保证率或不保证时间确定,不同工程性质采用的室外计算温度不同,2.2.4 采暖通风空调设计中室外参数的选用,夏季空调室外计算逐时温度,表2-21,地质环境是如何影响外环境的,2.3 建筑外环境中的其它环境* 2.3.1 地质环境,地质环境,含有各种元素（包含有益的、有害的,可以提供矿产、能量,人类对地质