2建筑环境学第二章-建筑外环境

1、第二章 建筑外环境 建筑物所在地的气候条件， 通过围护结构，直接影响室内环境，因此， 有必要将建筑外 环境的基本概况讲清楚，以便充分利用自然条件改善建筑物的内部环境。第一节 地球绕日运动的规律 地球上的任何一点位置都可以用地理经度和纬度表示。 1 经线：一切通过地轴的平面同地球表面相交而成的圆叫经度圈。经度圈都要通过南北两极，形成两个 180°的半圆，这样的半圆叫经线。 （或称子午线） 全球共分为 180个经圈， 360条经线（子午线） 。* 国际会议商定， 以英国伦敦的格林威治天文台所在的子午线为全世界通用的本初 子午线。2 纬线：一切垂直于地轴的平面同地球表面相割而成的圆，称为纬

2、线，且彼此平行。 其中通过地心的纬线 叫赤道。赤道面将地球分为南 、北两个半球 。3 经度：经度是指本初子午线所在的平面与本地子午线所在平面的夹角。以本初子午线为零度线， 自零度线向东分为 180°叫东经，向西分为 180°叫西经。4 纬度：是以本地法线（地平面的垂线）与赤道平面的夹角，赤道的纬度为零。 自赤道向北极方向分为 90°称为北纬，向南极方向分为 90°称为南纬。5 日照时间一般采用平均太阳时。6 平均太阳时：是以太阳通过该地的子午线时为正午12 点来计算一天的时间。这样经度不同的地方，正午时间均不同，规定标准时间 。7 世界时：国际协议，以本

3、初子午线处的平均太阳时为世界时间的标准，称为“世界时”。把全世界按地理经度划分为 24 个时区，每个时区包含地里经度 15°。以本初子午线东西各 7.5°为零时区， 向东西各分为 12个时区， 每个时区都按它的中央子午线 的平均太阳时为计时标准，成为该时区的标准时，相邻两个时区的时差为 1 小时。8 我国的时区范围是，东 59 时区，横跨 5个时区。我国统一采用东 8 时区的时间， 即以东京 120°的平均太阳时为中国的标准时间，称为北京时间。北京时间与世界 时间相差 8 小时。9 标准时间计算公式：T o=T m+4（L o L m）To标准时间Tm地方平均太阳

4、时Lo标准时间子午线的经度 degL m当地时间子午线所在处的经度deg10日照：指物体表面被太阳直接照射的现象。太阳在天空中的位置因时、 因地时刻变化， 正确掌握太阳运动规律， 对处理建筑环 境问题有益。地球绕地轴自转同时绕太阳公转， 地球绕着太阳公转轨道的平面始终保持66.5°的倾角，而且在公转运行中，这个交角和地轴的倾斜方向都保持不变。11赤纬：是太阳光线与地球赤道平面之间的夹角，用d 来表示。它是随地球在公转轨道上的位置，日期的不同而变化的。全年的赤纬在+23.5 °23.5°之间变化。赤纬从赤道平面算起，向北为正 ，向南为负 。 春分时，太阳光线与地球赤

5、道面平行，赤纬为0°，南北半球的昼夜相等。23.515d 左右，形成传统的 24夏至赤纬最大，太阳光线直射地球北纬 秋分时，赤纬为 0°。 冬至阳光直射南纬 23.5°，赤纬为 23.5°。 将四个典型节日再细分为 24 节气，每个节气太阳运转 节气。12地球与太阳的相对位置可以用纬度，太阳赤纬d，时角 h，太阳高度角和方位角等来表示。13纬度：地球表面的纬度是该点对赤道平面偏北或偏南的角位移。14时角( h)：指 OP 线在地球赤道平面上的投影与当前时间12 点时，日、地中心连线在赤道平面上的投影之间的夹角。当地时间 12 点时的时角为零，前后每隔一小

6、时，增加360/24=15 。15太阳位置：地球上某一点所看到的太阳方向，用太阳高度角和太阳角A 表示。太阳高度角：sin = cos cos h cos d +sin sin dsinA = cos d sin h / cos第二节 太阳辐射 太阳热辐射能是地球上热量的主要来源。、太阳常数与太阳辐射的电磁波1 关于太阳的基本数据：1) 太阳的直径均为地球直径的 110 倍。地球直径为 r=6436km ，表面积 A s=6.13× 1018m2。2) 太阳表面温度约为 6000k。( 5724k)3) 太阳内部温度为 2× 107k。4) 地球接受的太阳辐射能为 1.7&

7、#215;104kw 。估算方法： 视地球为半径 r=6436km 的圆球， 距离太阳为 R=150.6× 106km ，因此投射到 地球大气层外缘的百分数为：r 2× 6436 2 = = 4.56 × 10 -8%4R24( 150.6×106)2将太阳视为黑体： bA sT=5.67 ×108×6.131×1018×57244=3.832×1026w到达地球的能量： 3.832×1026× 4.56×108%=17.48×1016w2 太阳常数：与太阳光线垂直

8、的表面上的辐射强度Io=1353W/m 2，称为太阳常数。3 太阳辐射中能转化为热能的主要是可见光和红外线，波长范围在 0.38 m0.76m，0.76 m3.0 m。这些辐射能受到大气层的影响将减弱。 太阳辐射在大气层中的减弱因素：1) 大气层中的 H2O，CO2，O3，O2 对太阳辐射有吸收作用，且具有明显的选择性。 O3 吸收紫外线和小于 0.3m 的短波辐射，一部分可见光。H2O、CO2主要吸收红外光的辐射。2) 太阳辐射在大气层中遇到空气分子和微小尘埃会产生散射。3) 大气层中的云层和较大的尘粒，对太阳辐射其反射作用。x 出的辐射强度为 Ix。dIx= -k Ixdx4) 与太阳辐射

9、通过大气层的行程有关。 、大气层对太阳辐射的吸收距大气层上部边界距离Ix=I oexp( kx) k消光系数 k 值越大辐射强度衰减越大。 当日射垂直地面时，到达地面的太阳辐射强度为：I1 = Ioexp(kL)P = I1 /I0 称为大气透明度。越接近 1，大气越清澈。 =0.650.75。 当太阳不在天顶，太阳高度角为时，路程长度L=L '/sin。地球表面处于太阳光线垂直于平面上的太阳直射辐射强度：IN =I oPmm=L '/L=1/sin ，称为大气质量。 根据太阳直射辐射强度分别算出水平面上的直射强度和垂直面上的直射强度。 水平面上的直射强度： IS.Z=INsi

10、n 垂直面上的直射强度： IC.Z =I Ncos cos 墙太阳方位角。太阳辐射线在水平面上的投影与墙面法线的夹角。 =A ±A 太阳方位角 墙面方位角。墙面法线偏离南向的角度deg。水平面夏季的热辐射接收量最大，南北向垂直面冬季热辐射接收量最大。三、日照的作用与效果1 日照：指物体表面被太阳光直接照射的现象。2 住宅室内的日照标准是由日照时间和日照质量来衡量的。3 日照标准：要求冬至日底层住宅满窗日照时间不低于1 小时。4 紫外线：波长 0.20.4m，具有强大的杀菌作用，但人的皮肤易被晒黑。 5 红外线：波长 0.774.0 m，造成热效果的主要因素。第三节 建筑物的配置和外形

11、与日照的关系 建筑对日照的要求主要根据他的使用性质和当地气候情况决定。一、建筑物对日照的一般要求1 寒冷地区：一般在冬季需要较多的日照。2 炎热地区：一般在夏季避免太阳直射室内。 3 特殊功能的房间对日照有特殊要求：由于建筑物的配置， 间距或者形状造成的日影形状是不同的。 对于行列式或组团式的建 筑，为了得到充分的日照，必须考虑南北方向的楼间距， 我国一般民用住宅中，要求冬 至日的满窗日照时间不低于1h，有的国家标准不同。 根据最低日照要求的不同，建筑物所在地理位置，即纬度不同，使得建筑物南北方向的乡邻楼间距要求不同。、建筑物与日影之间的关系1 终日日影：由于其他建筑物的遮挡，某地方一天中都没

12、有日照，这种现象称为终日 日影。2 永久日影：某地方一年中都没有日照的现象称为永久日影。 为了居住着的健康和建筑物本身的寿命，应该避免终日日影和永久日影。第四节 室外气候我们这里讨论的室外气候是“微气候” 。微气候一般指离地面 30120cm 高度范围内，在建筑物影响下的气候，因建筑物形状的 不同，将对“微气候”有较大的影响。一、室外温度1 室外温度：一般是指距地面 1.5m 高，背阴处的空气温度。 地面与空气的热量交换是气温升降的直接原因，与温暖地面直接接触的空气层，由 于导热的作用而被加热，此热量又靠对流的作用而转移到上层空气。2 室外温度的变化规律：最高温度出现在下午2 点左右，最低温度

13、出现在日出前后。因为空气与地面间因辐射换热而增温或降温需要经历一段时间。3 日较差：一日内气温的最高值和最低值之差成为日较差。 通常用来表示气温的日变化量。而且陆地与水面之间的差异较大，陆地是“夏热冬 冷”，水面则相反。4 年较差：一年内最热日与最冷日的平均气温差叫做气温的年较差。 年较差随着地理位置的不同， 有较大的差别， 从我国的华南到东北或西北地区， 年 较差值由 10 40间变化。 在微气候范围内的空气层温度随着空间和时间的改变会有很大的变化， 主要是因为 这一范围的温度受土壤反射、夜间辐射和植物的影响。5 有效天空温度 TskyTsky = 0.9 T d4 (0.32-0.026

14、ed )(0.30+0.705) T 04 1/4Td地表温度To地面 1.52.0m 处的气温Ed以毫巴表示的水蒸气份压力S日照百分率、温度1 空气温度：指空气中水蒸气的含量 2相对湿度的日变化量受地面性质，水陆分布，季节寒暑，天气阴晴等因素的影响。一般大陆大于海面， 夏季大于冬季， 晴天大于阴天，一般在一年中，最热月份的绝对湿 度最大，最冷得月份绝对湿度最大。三、风1 风是指由于大气压差所引起的大气水平方向的运动。 地表面温度的变化是引起大气压力差的主要原因，即风（气流）的起因。大气环流2 风的分类：地方风1）大气环流： 因太阳辐射在地球上的不均匀， 造成赤道和两极间的温差， 引起由赤道

15、到两极和由两极到赤道大气经常性的活动，叫大气环流。 （造成气候差异的主要因 素）2）地方风：因地表水陆分布， 地势起伏， 表面覆盖等地方条件不同所引起的气流运动。 （海陆风，季风，山谷风，庭院风，巷道风）风向3 风的特征要素：气象台一般以距地面 10m 高处的风向和风速为观察数据风速4 风向频率图（风的玫瑰图）按照逐时所实测的各个方向风所出现的次数， 分别计算出每个方向风出现的次数占 总次数的百分比，并按一定比例在各方位线上标出，最后联结点而成。四、降水1 降水：从大地蒸发出来的水进入大气层，经过凝结后又降到地面上的液态或固态水分，称为降水。 （雨、雪、冰雹等）2 降水性质：1） 降水量：指降

16、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。2） 降水时间：指一次降水从开始到结束的持续时间，用h或 mm 来表示。3）降水强度：指单位时间内的降水量。小雨（ 10mm），中雨（ 1025mm），大雨 （2550mm） ，暴雨 （50100mm） 。五、城市气候城市气候的特点：1 土地硬化风速减小。2 气温较高。3 城市上空云量较大，大气透明度低。第五节 我国气候分区特点 我国幅员辽阔，地形复杂，各地由于纬度、地势和地理条件不同，气候差异悬殊。为了 满足不同地区对建筑物的要求：炎热地区的通风、遮阳、隔热。寒冷地区的采暖、防冻、保湿。我国制定设计规范，按气候特征划分 7 个区域： 区：冬季漫长严寒，夏季短促凉爽，气温年较差较大，冻土期长，冻土深，积雪厚， 日照较丰富，东半年多大风，西部偏干燥，东部偏于湿润。 区：冬季较长且寒冷干燥，夏季炎热湿润，降水量相对集中，春秋季短促，气温变 化剧烈，春季雨雪稀少，多大风风沙天气，夏季多冰雹和雷暴，气温