建筑节能教案 第2章 室外环境规划中的节能技术

PAGE第二章室外环境规划中的节能技术第一节环境降温节能的概念一、室外热环境的概念图2-1室外热环境形成机理二、城市热岛效应图2图2-22004年9月27日广州“热岛”图三、室外环境规划的重要性第二节室外热环境规划设计策略一、中国传统建筑规划设计图2-3江南传统民居图2-4高楼林立的城市二、目前设计中存在的问题(1)高密度的建筑区(2)不透水铺装的大量采用图2-5香港淘大花园图2-6不透水路面(3)不合理的建筑布局(4)不合理的绿地规划三、气候适应性策略及方法图2-7斯图加特市21世纪规划的建议图日照分析日照分析室外遮阳设计风、温场分析室外风温环境设计降低热岛强度，提高室外舒适性图2-8室外热环境设计方法第三节建筑气候一、日照日照是指物体表面被太阳光直接照射的现象。日照在一年中是不断变化的，这是由于地球按一定的轨道绕太阳运动造成。地球公转的轨道平面叫黄道面。由于地轴是倾斜的，它与黄道面约成66°33′的交角。在公转的运行中，这个交角和地轴的倾斜方向，都是固定不变的。这样一来，就使太阳光线垂直照射在地球上的范围，在南、北纬23°27′纬度线之间作周期性变动，这两条纬度线则分别叫做南回归线和北回归线。如图2-9所示为地球绕太阳运行一周的行程，由于地球绕太阳的运动，形成春分、夏至、秋分、冬至四个重要节气。这四个节气也是室外热环境分析的关键日。图2-9地球绕太阳运行图太阳运行规律描述中有三个参数：太阳赤纬角、太阳高度角、太阳方位角。赤纬角描述地球绕太阳公转的行程，不同季节有不同的太阳赤纬角；太阳高度角是指太阳光线与地平面的夹角。太阳光线在地平面上的投影线与地平面正南子午线的夹角称为太阳方位角。二、太阳辐射到达地面的太阳辐射由两部分组成，一部份是方向未经改变的，叫做直射辐射；另一部分是由于被大气中气体分子、液体或固体颗粒反射，达到地面时无特定的方向，叫做散射辐射。三、气温图2-10城市热岛效应四、风图11-11某气象观测站的风玫瑰图描述风有三个重要概念：风向、风频、风玫瑰图。风向指风吹来的风向，用16个方位表示。风频，即各风向的频率。风频是了解某地各风向出现频繁程度的特征量，它是用各风向出现的次数占风向总观测次数的百分率来表示。风向玫瑰图，即风向分布图。其绘制方法是将极坐标图分成八个方位，分别是N，S，E，W，NW，NE，SW，SE。某气象观测站的风玫瑰图如图2-图11-11某气象观测站的风玫瑰图五、降水六、空气湿度空气湿度是表示大气的湿润程度，指空气中水蒸汽含量的多少，通常用相对湿度或绝对湿度来表示。绝对湿度是指单位容积湿空气所含水蒸气的质量；相对湿度是指在一定大气压力下，温度一定时，湿空气的绝对湿度与同温度下饱和湿空气的绝对湿度之比称为相对湿度。空气的绝对湿度，亦即空气中的水蒸汽含量冬季几乎没有变化，夏季在午后气温达到最高时因地表蒸发旺盛导致绝对湿度稍有增加。第四节风环境设计所谓风环境是指室外空气流动在建筑区域的分布一、风环境基础知识1．主导风向和风速在我国绝大多数地区，不同季节一般都有主导风向和风速，主导风向是指一段时间内频率出现最高的风向，可以通过风玫瑰图得到。2．城市梯度风建筑小区并不是一个孤立的系统，其周围存在着建筑和其他物体，来流风呈现下低上高的梯度风分布。图2-12梯度风示意图（2-1）3．建筑周围气流特征图2-13室外风环境设计图4．城市内部风特点二、风环境主要影响因素1．建筑密度图2-14建筑风速与建筑密度关系的拟合公式2．建筑体量图2-15建筑体量与背风涡流区范围的关系3．迎风面积迎风面积是指建筑外墙垂直于风向的投影面积。迎风面积越大，由于背风涡流区的影响，风速越低。三、风环境规划设计方法1．建筑朝向2．建筑间距图2-16不同风向入射角对建筑气流影响3．建筑形体设计图2-17华南理工大学综合教学楼鸟瞰图4．建筑平面布局一般建筑群的平面布局有行列式、自由式、点式、周边式三种。图2-18建筑平面布局对风环境的影响a）行列式；b）错列式；c）斜列式；d）周边式；e）自由式图2-19建筑平面布局合理设计图2-20A、B型定型单位住宅及其组成的庭院式布局示意4．路网规划5．绿化6．其他规划策略（1）局部地理气候（2）不同功能场所性质图2-21地理因素影响局部风场第五节室外热环境设计影响室外热环境的主要因素有气候、太阳辐射、城市下垫面、城市绿地和水体、城市人工热源等，各因素之间相互联系，互相影响。一、室外气候1．辐射图2-22室外热环境辐射2．温度图2-23城市近地层热量交换示意图3．湿度二、环境规划关键参数1．阴影率阴影率是对太阳直射辐射遮阳程度的描述，是阴影面积占地块面积的比例。2．天空角系数角系数是指表面1发出的辐射能落到表面2上的百分数称为表面1对表面2的角系数。天空角系数是区域对天空的开阔度的描述。图2-24某小区日照分析图3．反射率壁面反射的辐射占到达壁面总辐射的比例称为反射率，反射率与吸收率的和等于1。4．发射率5．蒸发效率三、室外热环境设计技术措施1．地面铺装图2-257月2．绿化图2-26不同天气的WBGT温度曲线图2-27飞机场跑道与草坪的过渡气候图2-28中、高层建筑物之间的铺装与植被的比较图2-29水表面温度随水体深度变化曲线图2-30水面对城市气温的调节作用街道无绿化植两排行道树街道无绿化植两排行道树花园林阴道图2-31街道不同绿化方式对气温和地表温度的影响图2-32树木生长的形态图11-33不同的绿化形态（1）分散型绿化图11-33不同的绿化形态屋顶花园在鳞次栉比的城市建筑中，可使高层居住和工作的人们能避免来自太阳和低层部分屋面反射的眩光和辐射热；屋顶绿化可使屋面隔热，减少雨水的渗透；能增加住宅区的绿化面积，加强自然景观，改善居民户外生活的环境，保护生态平衡。屋顶花园在住宅区设计中有着特殊的作用，屋顶花园功能分析见图2-35。图2-34立体绿化（2）绿化带绿化图2-35屋顶花园功能分析图2-36城市绿化带3．遮阳构件（1）遮阳伞（蓬）、张拉膜、玻璃纤维织物等（2）百叶遮阳图2-38室外遮阳构件大样图图2-39室外遮阳光影效果冬季；b）夏季（3）绿化遮阳构件图2-40葡萄藤廊架四、室外热环境规划设计方法图2-41考虑建筑形式和环境联系的6种建筑形式a）点式；b）内廷式；c）层式；d）行列+内廷式；e）行列式；f）庭院式图2-42具有透水效果的植草砖停车场图2-43建筑微气候示意（水面效应、绿地效应）第六节热环境的评价方法一、室外热环境的评价指标及评估体系（一）室外热环境的评价指标1．标准有效温度SETASHRAE的标准有效温度SET（StandardEffectiveTemperature）定义为：在温度为SET的假想等温热环境中，空气相对湿度为50%，空气静止，人体身着与活动量对应的标准服装，其皮肤润湿度和通过皮肤的换热量与实际环境下相同。2．湿黑球温度（WBGT）湿黑球温度WBGT是一个环境热应力指数，它由干球温度、自然通风（非送风）下的湿球温度、以及黑球温度按照如下关系构成：