建筑环境学建筑外环境详解

建筑环境学建筑外环境详解演示文稿当前1页，总共85页。优选建筑环境学建筑外环境当前2页，总共85页。本章内容要点宏观气候——太阳辐射作用于地球气候特点地球绕日运动规律太阳辐射室外气候大气压力、风、气温、天空温度、地温、湿度、降水微观气候——人类营造活动形成的局部微气候城市风场、城市热岛、建筑日照我国气候分区特点当前3页，总共85页。第一节地球绕日运动的规律地球绕日的运动经度和纬度关于四季关于昼夜太阳在空间的位置太阳高度角

和太阳方位角当前4页，总共85页。经度和纬度伦敦格林威治天文台经线或子午线纬线地球绕日的运动当前5页，总共85页。0°0°+23.5°-23.5°四季赤纬d北回归线南回归线太阳的位置与日照的关系赤纬：太阳光线与地球赤道平面之间的夹角地球绕日的运动当前6页，总共85页。南北回归线地球绕日的运动当前7页，总共85页。地球绕日的运动90E—地方平均太阳时—世界时—标准时—真太阳时—时角问题：上海的地方平均太阳时和北京时间差多少?北京时间昼夜当前8页，总共85页。90E

北京时间经度时区当地标准时太阳与地球距离变化造成的偏差地球绕日的运动当前9页，总共85页。太阳在空间的位置太阳位置常用两个角度来表示：太阳高度角β—太阳方向与水平的夹角太阳方位角A—太阳方向的水平投影偏向南的角度确定太阳高度角及方位角，是为了进行日照时数，日照面积，房屋朝向和间距及房屋周围阴影区范围等的设计。当前10页，总共85页。太阳时角太阳高度角太阳方位角赤纬和太阳高度角有什么区别？时角和太阳方位角有什么区别？太阳高度角sin=cos

coshcosδ+sin

sinδ太阳方位角sinA=cosδsinh/cos

太阳在空间的位置当前11页，总共85页。影响太阳高度角和方位角的因素有三：赤纬(δ)，它表明季节（日期）的变化；时角(h)，它表明时间的变化；地理纬度()，它表明观察点所在的位置。太阳在空间的位置当前12页，总共85页。第二节太阳辐射太阳常数与太阳辐射的电磁波太阳常数太阳辐射的电磁波大气层对太阳辐射的吸收大气层对太阳辐射的散射、反射与吸收大气层对太阳辐射的影响程度及影响参数水平面和垂直面上的直射辐射照度当前13页，总共85页。太阳常数指太阳与地球之间为年平均距离时，地球大气层上边界处，垂直于阳光射线的表面上，单位面积单位时间内来自太阳的辐射能量，I0=1353W/m2。当前14页，总共85页。太阳辐射的电磁波可见光紫外线近红外线长波红外线当前15页，总共85页。

太阳辐射能量比例当前16页，总共85页。大气层对太阳辐射的吸收

当前17页，总共85页。落到地球上的太阳辐射能量由三部分组成直射辐射：为可见光和近红外线散射辐射：被大气中的水蒸汽和云层散射，为可见光和近红外线大气长波辐射：大气（水蒸汽和CO2）吸收后再向地面辐射，为长波辐射。在日间比例很小，可以忽略。所谓太阳总辐射照度一般仅包括前两部分当前18页，总共85页。太阳辐射能的去向当前19页，总共85页。太阳辐射能与太阳高度角当前20页，总共85页。21大气质量

mIN=I0Pmm=L’/L=1/sin大大

为什么太阳高度角接近0º和90º时垂直面的日射量都小？当前21页，总共85页。太阳辐射照度与朝向北纬40°的总辐射照度当前22页，总共85页。关于太阳高度角太阳高度角与太阳通过的路径长度密切相关，从而影响日射照度。太阳高度角低则日射照度小冬季太阳高度角低，夏季太阳高度角高清晨和傍晚太阳高度角低，中午太阳高度角高高纬度地区太阳高度角低，低纬度地区太阳高度角高当前23页，总共85页。太阳高度角冬夏不同当前24页，总共85页。大气透明度定义：I1/I0=P=exp(-kL)，P＝1最透明变化范围：0.65~0.75，在一个月份的晴天中可近似认为是常数我国将大气透明度作了6个等级的分区，1级最透明东京晴天的大气透明度逐月值大气层消光系数当前25页，总共85页。我国的大气透明度分区6544332我国的大气透明度分区当前26页，总共85页。第三节室外气候自然的微气候大气压力风空气温度有效天空温度地层温度空气湿度降水当前27页，总共85页。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当前28页，总共85页。大气压力与人体健康人体可以忍受的大气压力的范围从0.303-15atm。低气压导致的缺氧对人体的威胁极大。高气压环境导致人体血液中的含氧量增加，红细胞、血红蛋白减少，白细胞数增加。从高压环境快速回到标准大气压环境，会形成气栓，甚至危及人的生命。当前29页，总共85页。风风的成因大气环流：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，夏季海洋吹向大陆当前30页，总共85页。大气环流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。盈余区域短缺区域净增益净损失辐射增益区随纬度基本不变占地面积40％过渡区占地面积36％损失区占地面积36％当前31页，总共85页。风的测量测量开阔地面10m高处的风向和风速作为当地的观测数据

风速有梯度，地面为0m/s，可认为按幂函数规律分布，如：当前32页，总共85页。蒲福风力等级表当前33页，总共85页。风玫瑰图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当前34页，总共85页。北京地区的风玫瑰图粗线：全年细实线：冬季，12~2月份虚线：夏季，6~8月份当前35页，总共85页。海陆风和山谷风当前36页，总共85页。空气温度

主要指距地面1.5m高，背阴处的空气温度。与地表面以导热、对流和长波辐射形式进行热交换而被加热或冷却——以对流为主。对短波辐射几乎是透明体。空气温度是如何产生变化的？白天地表温度升高与空气温度升高，谁是诱因？夜间地表温度降低与空气温度降低，谁是诱因？白天和夜间的空气垂直分布应该是怎么样的？当前37页，总共85页。空气温度日较差：一日内气温的最高值和最低值之差。年较差：一年内最冷月和最热月的月平均气温差。年平均温度：向高纬度地区每移动200~300km降低1℃。年较差与纬度的关系太阳辐射和日气温变化当前38页，总共85页。空气温度的日变化武汉九月初一天的气象数据

一天中最高气温一般出现在下午2~3时，最低气温一般出现在凌晨4~5时当前39页，总共85页。空气温度的年变化武汉某年的气象数据

一年中最热月一般在7、8月份，最冷月一般在1、2月份。当前40页，总共85页。原因地面有冷源1.夜间长波辐射2.附近有较低温的海风吹来正常的温度梯度：地表热，高空冷逆温层

当前41页，总共85页。逆温层

由于夜间地面长波辐射的冷却作用，使得接近地面的空气被冷却，温度低于远离地面的空气层，就会形成辐射逆温。逆温层对自然对流有很强的抑止作用，这时空气层就处于相对稳定的状态。逆温层极不利于地面附近空气层中的污染物扩散，对城市的大气污染有加剧作用。当前42页，总共85页。受地面反射率、夜间辐射、气流、遮阳等影响，离建筑物越远，温度越低空气温度的局部效应当前43页，总共85页。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当前44页，总共85页。有效天空温度大气层吸收10％以上的太阳辐射和来自地面的反射辐射，并向地面进行长波辐射（5～8m及13m以上）地表有效辐射：地面与大气层之间的辐射换热QR

QR＝Qg－Qsky

＝σ(Tg4

－Tsky4

)地表的黑度波尔兹曼常数地表温度有效天空温度当前45页，总共85页。有效天空温度有效天空温度不仅与气温有关，而且与大气中的水汽含量、云量以及地表温度等因素有关。云层、雾会使有效天空温度升高。在沙漠中由于天气晴朗以及空气中的水汽量稀少，所以有效天空温度很低。随着高度的增大，有效天空温度随之减小。当前46页，总共85页。有效天空温度参考文献：刘森元，黄远峰：天空有效温度的探讨，《太阳能学报》，Vol.4,No.1,pp.63-68,1983地表温度空气温度水蒸汽分压力日照百分率当前47页，总共85页。本节作业是空气温度改变导致地面温度改变，还是地面温度改变导致空气温度改变？为什么晴朗天气的凌晨树叶表面容易结露或结霜？当前48页，总共85页。地温表面温度的变化取决于太阳辐射和对天空的长波辐射，可看作是周期性的温度波动地层表面的月平均温度波动幅度基本等于室外月平均气温波动的幅度：北京全年最大月平均温差30.8℃，北京地层表面温度全年的波幅为15.4℃温度波在向地层深处传递时，有衰减和延迟；1.5m后日变化被滤掉；一定深度后便成为恒温层，温度比全年气温平均温度高1～2℃。当前49页，总共85页。恒温层温度地层温度当前50页，总共85页。未考虑地热的影响，可以采用付立叶导热微分方程来求地层在周期温度作用下的温度场。假定地壳是一个半无限大的物体，有：边界条件为过余温度

℃A是地层表面温度的波幅(℃)，Z是波动周期(小时)。地层温度当前51页，总共85页。深度达到某一个部位，最热月时此处的温度反而低于该点的全年平均温度，而在最冷月时，该点的温度要高于全年平均温度。如果考虑地热的影响，深度每增加1米，地层平均温度一般就会增加1/30℃左右。但与当地地质条件有关。地层温度当前52页，总共85页。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当前53页，总共85页。日变化绝对湿度一日中相对稳定相对湿度与气温变化反相湿度当前54页，总共85页。年变化内陆和沿海地区差别较大湿度当前55页，总共85页。降水大地蒸发的水分进入大气层，凝结后又回到地面，包括雨、雪、冰雹等降水强度：24小时的降水总量，单位mm(或cm)影响因素气温地形大气环流海陆分布当前56页，总共85页。我国降水分布

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°以北当前57页，总共85页。第四节城市微气候小区风场城市热岛建筑布局与日照城市气候主要有以下特点：（1）城市风场与远郊不同。除风向改变以外，平均风速低于远郊的来流风速。（2）气温较高，形成热岛现象。（3）城市中的云量，特别是低云量比郊区多，大气透明度低，太阳总辐射照度也比郊区弱。当前58页，总共85页。此处易聚集垃圾小区风场形成机理建筑物对来流风的阻碍和聚集作用小区内太阳辐射导致各表面存在温差而形成的自然对流不当风场的危害冬季造成热负荷增加高风速影响人员行动夏季自然通风不良当前59页，总共85页。小区风场建筑的布局对小区风环境有重要的影响。北京，在北风来流7.6m/s时，局部1.5m高处出现10m/s的高风速北当前60页，总共85页。61风场的3-D图：1.5m高处北当前61页，总共85页。小区风场改变建筑布局，小区风环境有明显改善北当前62页，总共85页。小区风场建筑布局风场模拟北北当前63页，总共85页。城市热岛热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5m高处）附近远郊的气温的差值。单位：℃当前64页，总共85页。伦敦的城市热岛伦敦地区冬季月均热岛强度达到6.7℃（12F）当前65页，总共85页。北京的城市热岛北京80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。1983年1月26～27日1982年7月当前66页，总共85页。当前67页，总共85页。城市热岛的成因自然条件市内风速、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当前68页，总共85页。城市热岛的成因当前69页，总共85页。城市热岛的成因：下垫面的影响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当前70页，总共85页。某体育中心原设计方案，建筑外表面的大屏幕设置导致局部热岛强渡达4℃来流风向当前71页，总共85页。城市热岛与逆温层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。当前72页，总共85页。城市热岛与CTTC模型

基准(背景)温度太阳辐射造成的温升夜间对天空长波辐射造成的空气温降市区气象站当前73页，总共85页。背景某新建小区的热岛模拟日平均热岛强度/白天热岛强度当前74页，总共85页。北京某新建小区的热岛模拟S2区临马路，S3区绿化好，老区建筑布局不通风当前75页，总共85页。北京某新建小区的热岛模拟当前76页，总共85页。建筑布局与日照日照的作用冬季采暖：充分利用太阳能自然采光需要：适当的散射辐射健康和心理需要：冬日室内光斑对人的心理有积极作用影响因素纬度：决定太阳高度角和日射强度建筑布局：决定遮挡情况目标冬天尽量多：但太阳高度角低易被遮挡夏天尽量少：但太阳高度角高不易被遮挡当前77页，总共