建筑环境学培训课件

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第2章建筑外环境地球运行基本知识建筑外环境太阳位置表示方法12.1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°90°北京时间地球每转1°需要4分钟2.1建筑环境中的太阳辐射经度纬度北纬南纬东经西经经线纬2公转轴（年/转）～1.53×108km～1.47×108km66º33’冬至：12月22日90º(d=0º)春分：3月21日66º33’夏至：6月21日d=－23º27’d=＋23º27’90º(d=0º)秋分：9月22日NNNNSSSS自转轴（日/转）黄道面黄道面等分24段，每段15天，即为1个节气，全年有24个节气赤纬d北回归线南回归线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公转轴（年/转）～1.53×108km～1.47×1083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（东京120º/东8时区）标准时所处经度120º当地经度

113º19’121º26’

当地太阳时

11:3312:06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时刻日照时应按标准时还是真太阳时？当地太阳时（真太阳时）：太阳在当地正南时为12点，地球自转一42.1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2－2表2－1式2－1二十四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？2.1建筑环境中的太阳辐射赤纬的存在，使得地球白昼时间不5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日出S日落N地平面正午时太阳高度角PN北天极AWE2327’太阳轨迹2327’冬至春秋分夏至天顶半天球地轴地平圈几个重要角度2.1建筑环境中的太阳辐射日出S日落N地平面6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？太阳位置计算式：太阳位置=f（地理位置、季节、时间、……）71)电磁波建筑环境工学FIG1-236000K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°可见光紫外线近红外线长波红外线0.38～0.76m7.0%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1)电磁波建筑环境工学FIG1-236000K黑体大气层外81353W/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1353W/m2～1025W/m2太阳总辐射的20亿分之一地9I0INI1βL’=L/sinβLI0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1I0INI1βL’=L/sinβLI0正午和傍晚地面受照情况10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2.1.311

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日照过少导致人体产生的褪黑色素增加，引起精神忧郁2.112臭氧层及其破坏的主要原因：未破坏时：臭氧层主要吸收＜0.32m紫外线CFCs、Cl原子等

臭氧浓度↓

反应消耗O3

红外线：0.77-4m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臭氧层及其破坏的主要原因：未破坏时：臭氧层主要吸收＜0.3213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14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15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：23.5D0a'墙面法线AmSαabbb'aS后栋前栋D0Aα后栋前栋a'墙面法线mH0取决于β，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日照间距垂直面日影计算日照间距计算日照间距：即：计算日正午时前栋建筑的阴影：D0:16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

建筑环境工程设计建筑日照设计：卫生要求冬季获取日照日射得热日照日照时间建筑间172.2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2.2建筑外环境中的气候环境自然微气候的形成城市气候18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海洋性气候相对湿度温度1214～150日较差湿球温度max(tmax)2.2.1室外气象参数DTR:Diurnaltemperaturerange气温——1.基本常识气温： 距1.5m高处的空气温度海洋19气温——1.基本常识2.2.1室外气象参数温度1214～150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气温——1.基本常识2.2.1室外气象参数温度1220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:AnnualTemperatureRange年较差与纬度的关系太阳辐射和气温变化30N年较差2.2.121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22Td、Ta——地表温度、地面1.5～2.0m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*Td、Ta——地表温度、地面1.5～2.0m高处的气温；23

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：15~20mbar

寒冷和沙漠地区：2mbar

日变化较小，季节变化较大内陆地区夏季：上午9~10时和晚上9~10时最高，凌晨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室外气象参数来源水蒸汽分压力湿度——1.基本知识2.2建筑外环境24

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室外气象参数相对湿度与气温变化反相湿度——2.日变化2.2建筑外25

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%年变化——内陆和沿海地区差别较大湿度——3.年变化2.26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101325Pa或760mmHg北京太原拉萨昆明玛多兰州格尔木大气压力2.2建筑外环境中的气候环境

2.2.1室外气象参数大气压力随海拔高度而变北京太原拉萨昆明玛多兰州格尔木大气压力27

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室外气象参数大气压差风——1.风的成因2.2建筑外环境中的气候环境28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12.2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29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22.2.1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——230放热蓄热低谷低谷风——3.海陆风和山谷风放热蓄热低谷低谷风——3.海陆风和山谷风31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）

风速类型：某地的风向频率分布某地一年的风速频率分布风特性的两个32

粗线：全年细实线：冬季，12~2月份虚线：夏季，6~8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粗线：全年风向频率分布：北京2.2.1室外33建筑环境学培训课件34——蒲福风力等级表2.2.1室外气象参数风——5.风速分级表——蒲福风力等级表2.2.1室外气象参数风——5.风35式中：Vh──高度为h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0.2～0.5；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室外气象参数式中：Vh──高度为h处的风速，m/s；不同高度风速不同，36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。降水强度的等级，以24小时的总量（mm）来划分：小雨＜10；中雨10～25；大雨25～50；暴雨50～100。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37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2.2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38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39

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自然条件2.2建筑外环境中的气候环境城市气候的形成40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41

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42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50～500m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城市气候热岛现象罩盖作用污染↑逆温现象↑气温↑大气透明度↓雾多蒸发↓43热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5m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城市气候热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5m高处）44

伦敦地区冬季月均热岛强度达到6.7℃（12F）热岛强度——伦敦2.2.2城市气候伦敦地区冬季月均热岛强度达到6.7℃（12F）热岛强度245热岛强度——事例热岛强度461983年1月26～27日1982年7月

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1983年1月26～27日1982年7月北京80年代初城市47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48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）城市风场特点2.2建筑外环境中的气候环境不同下垫面风速与49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…………常用城市气象参数2.2建筑外环境中的气候环境空气污染指数50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城市气候城市气象参51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2-14API3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——空气污染指数2.2.2城市气候总悬52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城市气候人体舒适53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tmax＞37℃tmax＞40℃常用城市气象参数——其他指数2.2.2城市气候紫外线指54气候特征2.2建筑外环境中的气候环境

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℃

气候特征2.2建筑外环境中的气候环境季风气候：我国和地球55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： 18～53℃/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：～1000m

第3阶梯：平原、丘陵：＜500m地形复杂 地理因素2.2建筑外环境中的气候环境南北纬度跨度大： 156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”（GB50176－93）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”（GB50178－93）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中国的气候环境我国纬度、海陆、高差、地形等相差大两个分区标准气候分区2.572.4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（GB50176－93）（GB50178－93）主要指标累年最冷月(1月)最热月(7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2.4我国气候分区——5个建筑热工设计分区7个建筑气候区58Ⅲ夏热冬冷区Ⅴ夏热冬暖区Ⅳ温和地区Ⅱ寒冷地区Ⅰ严寒地区Ⅰ严寒地区Ⅰ严寒地区Ⅱ寒冷地区Ⅱ寒冷地区建筑热工设计分区Ⅲ夏热冬冷区Ⅴ夏热冬暖区Ⅳ温和地区Ⅱ寒冷地区Ⅰ严寒地区Ⅰ严寒59I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I区II区III区IV区V区VII区VI区建筑气候区划标准的60全国建筑热工设计分区图Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区Ⅳ区Ⅴ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全国建筑热工设计分区图Ⅰ区上海北京张家口西宁乌鲁木齐广州海口61亚热带高原气候区暖温带暖温带中温带中温带寒温带热带亚热带高原气候区暖温带暖温带中温带中温带寒温带热带62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：稀树草原蒙古包2.2.3中国的气候环境不同气候区的建筑632.2.3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建筑642.2.3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四合院一般652.2.3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中国的气候环境不同气候区的建筑特征夏热冬冷区662.2.3中国的气候环境夏热冬暖区（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中国的气候环境夏热冬暖区（云南）：竹楼建筑云672.2.3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68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。不保证率、不保证时间概念2.2建筑外环境中的气候环境采用69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70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、能量人类对地质环境的影响——对峙环境对人类的影响外环境人类发现了许多有规律的关联？其内在关联有待人类进一步的研究1。土壤环境的概念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*71氡的形成铀半衰期：

44.7亿年镭1602年氡衰变衰变3.82天钋铋铅26.8min164s～衰变氡子体氡浓度→放射强度→以衰变次数度量单位时间内放射物质衰变的多少，1Bq表示蜕变次数/秒，利用单位体积表征氡浓度的放射强度，Bq/m3。氡气特征穿透性强，土壤→缝隙等处透至房间和水2.3.1地质环境2。氡对建筑环境的影响过程放射性衰变过程中，放射性元素的核（指中子和质子）数目减少到一半所需的时间氡的形成铀半衰期：44.7亿年镭1602年氡衰变衰变3.872基本概念地热指地球内部的热量。地热能指封闭在地球中距地表足够近的距离内，并可被经济开采的天然热能。地热的分类：地热的应用：发电、采暖、空调等。2.3.1地质环境3。地热对建筑环境的影响基本概念地热指地球内部的热量。地热能指封闭在地球中距地表足够73地热的应用及其对建筑环境的影响3。地热对建筑环境的影响取水回灌接热泵系统接热泵系统接地下利用水系统图2-27地源热泵a)开式水系统b)闭式水系统c)热泵系统高较大利用率对环境影响低较小地热的应用及其对建筑环境的影响3。地热对建筑环境的影响取水回74建筑水环境指建筑周围的地表水环境和地下水环境。地表水环境包括河流、湖泊、水库、池塘、沼泽等；地下水环境包括泉水、浅层地下水、深层地下水等。2.3.2建筑水环境3。地热对建筑环境的影响主区水环境给水排水系统、污水处理与回收利用、雨水回收与利用、绿化与景观用水、节水器具与设施等5个方面组成。景观水环境的利与弊美化污染建筑水环境指建筑周围的地表水环境和地下水环境。地表水环境包括752.4植被对建筑外环境的影响*

2.4.1 城市植被的概念和特点演替人工化结构格局单一化城市植被自然植被和人工植被2.4.2 植被对建筑外环境的作用1．绿化美化环境的景观作用2.城市植被保护和净化环境的生态效益(1)改善小气候的环境效应(2)吸收二氧化碳和释放氧气平衡生态效益(3)植被对大气的净化作用1）减少粉尘污染2）降低有毒气体浓度及有毒气体对植物的危害3）杀菌作用4）放出负离子的作用(4)减弱噪声作用2.4植被对建筑外环境的影响*演替人工化结构格局单一76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第2章建筑外环境地球运行基本知识建筑外环境太阳位置表示方法772.1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°90°北京时间地球每转1°需要4分钟2.1建筑环境中的太阳辐射经度纬度北纬南纬东经西经经线纬78公转轴（年/转）～1.53×108km～1.47×108km66º33’冬至：12月22日90º(d=0º)春分：3月21日66º33’夏至：6月21日d=－23º27’d=＋23º27’90º(d=0º)秋分：9月22日NNNNSSSS自转轴（日/转）黄道面黄道面等分24段，每段15天，即为1个节气，全年有24个节气赤纬d北回归线南回归线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公转轴（年/转）～1.53×108km～1.47×10879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（东京120º/东8时区）标准时所处经度120º当地经度

113º19’121º26’

当地太阳时

11:3312:06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时刻日照时应按标准时还是真太阳时？当地太阳时（真太阳时）：太阳在当地正南时为12点，地球自转一802.1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2－2表2－1式2－1二十四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？2.1建筑环境中的太阳辐射赤纬的存在，使得地球白昼时间不81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日出S日落N地平面正午时太阳高度角PN北天极AWE2327’太阳轨迹2327’冬至春秋分夏至天顶半天球地轴地平圈几个重要角度2.1建筑环境中的太阳辐射日出S日落N地平面82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？太阳位置计算式：太阳位置=f（地理位置、季节、时间、……）831)电磁波建筑环境工学FIG1-236000K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°可见光紫外线近红外线长波红外线0.38～0.76m7.0%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1)电磁波建筑环境工学FIG1-236000K黑体大气层外841353W/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1353W/m2～1025W/m2太阳总辐射的20亿分之一地85I0INI1βL’=L/sinβLI0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1I0INI1βL’=L/sinβLI0正午和傍晚地面受照情况86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2.1.387

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日照过少导致人体产生的褪黑色素增加，引起精神忧郁2.188臭氧层及其破坏的主要原因：未破坏时：臭氧层主要吸收＜0.32m紫外线CFCs、Cl原子等

臭氧浓度↓

反应消耗O3

红外线：0.77-4m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臭氧层及其破坏的主要原因：未破坏时：臭氧层主要吸收＜0.3289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90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91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：23.5D0a'墙面法线AmSαabbb'aS后栋前栋D0Aα后栋前栋a'墙面法线mH0取决于β，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日照间距垂直面日影计算日照间距计算日照间距：即：计算日正午时前栋建筑的阴影：D0:92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

建筑环境工程设计建筑日照设计：卫生要求冬季获取日照日射得热日照日照时间建筑间932.2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2.2建筑外环境中的气候环境自然微气候的形成城市气候94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海洋性气候相对湿度温度1214～150日较差湿球温度max(tmax)2.2.1室外气象参数DTR:Diurnaltemperaturerange气温——1.基本常识气温： 距1.5m高处的空气温度海洋95气温——1.基本常识2.2.1室外气象参数温度1214～150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气温——1.基本常识2.2.1室外气象参数温度1296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:AnnualTemperatureRange年较差与纬度的关系太阳辐射和气温变化30N年较差2.2.197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98Td、Ta——地表温度、地面1.5～2.0m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*Td、Ta——地表温度、地面1.5～2.0m高处的气温；99

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：15~20mbar

寒冷和沙漠地区：2mbar

日变化较小，季节变化较大内陆地区夏季：上午9~10时和晚上9~10时最高，凌晨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室外气象参数来源水蒸汽分压力湿度——1.基本知识2.2建筑外环境100

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室外气象参数相对湿度与气温变化反相湿度——2.日变化2.2建筑外101

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%年变化——内陆和沿海地区差别较大湿度——3.年变化2.102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101325Pa或760mmHg北京太原拉萨昆明玛多兰州格尔木大气压力2.2建筑外环境中的气候环境

2.2.1室外气象参数大气压力随海拔高度而变北京太原拉萨昆明玛多兰州格尔木大气压力103

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室外气象参数大气压差风——1.风的成因2.2建筑外环境中的气候环境104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12.2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105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22.2.1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——2106放热蓄热低谷低谷风——3.海陆风和山谷风放热蓄热低谷低谷风——3.海陆风和山谷风107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）

风速类型：某地的风向频率分布某地一年的风速频率分布风特性的两个108

粗线：全年细实线：冬季，12~2月份虚线：夏季，6~8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粗线：全年风向频率分布：北京2.2.1室外109建筑环境学培训课件110——蒲福风力等级表2.2.1室外气象参数风——5.风速分级表——蒲福风力等级表2.2.1室外气象参数风——5.风111式中：Vh──高度为h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0.2～0.5；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室外气象参数式中：Vh──高度为h处的风速，m/s；不同高度风速不同，112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。降水强度的等级，以24小时的总量（mm）来划分：小雨＜10；中雨10～25；大雨25～50；暴雨50～100。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113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2.2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114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115

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自然条件2.2建筑外环境中的气候环境城市气候的形成116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117

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118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50～500m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城市气候热岛现象罩盖作用污染↑逆温现象↑气温↑大气透明度↓雾多蒸发↓119热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5m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城市气候热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5m高处）120

伦敦地区冬季月均热岛强度达到6.7℃（12F）热岛强度——伦敦2.2.2城市气候伦敦地区冬季月均热岛强度达到6.7℃（12F）热岛强度2121热岛强度——事例热岛强度1221983年1月26～27日1982年7月

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1983年1月26～27日1982年7月北京80年代初城市123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124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）城市风场特点2.2建筑外环境中的气候环境不同下垫面风速与125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…………常用城市气象参数2.2建筑外环境中的气候环境空气污染指数126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城市气候城市气象参127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2-14API3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——空气污染指数2.2.2城市气候总悬128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城市气候人体舒适129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tmax＞37℃tmax＞40℃常用城市气象参数——其他指数2.2.2城市气候紫外线指130气候特征2.2建筑外环境中的气候环境

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℃

气候特征2.2建筑外环境中的气候环境季风气候：我国和地球131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： 18～53℃/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：～1000m

第3阶梯：平原、丘陵：＜500m地形复杂 地理因素2.2建筑外环境中的气候环境南北纬度跨度大： 1132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”（GB50176－93）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”（GB50178－93）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中国的气候环境我国纬度、海陆、高差、地形等相差大两个分区标准气候分区2.1332.4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（GB50176－93）（GB50178－93）主要指标累年最冷月(1月)最热月(7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