建筑物理热工学建筑气候

建筑物理热工学建筑气候第1页/共51页第三章建筑气候建筑日照与太阳辐射气温风、降水与湿度城市气候建筑气候区划和建筑热工设计分区中国建筑气候特征和建筑基本要求气候→建筑建筑→气候气候建筑第2页/共51页建筑日照与太阳辐射建筑对日照的需求（争取、避免）地球绕太阳的运行规律太阳在天空中的位置建筑日照设计方法太阳辐射过程到达地面的太阳辐射第3页/共51页生物体新陈代谢（幼儿活动室、蔬菜大棚）紫外线预防治疗疾病（重大卫生意义）（病房）红外线和可见光在冬季照射进入室内，取暖和干燥（降低采暖能耗）增强建筑物的立体艺术感采光照明建筑对争取日照的需求第4页/共51页过量日照造成室内过热（夏季防热－遮阳）阳光直射产生眩光，易疲劳，损害视力，降低工作效率（厂房车间）阳光直射引起物品的褪色或变质（档案室、药品室）阳光直射某些化学药品引发爆炸（化学品生产车间）建筑对避免日照的需求★第5页/共51页地球绕太阳运行的规律66°33′地轴黄道面太阳赤纬角－23°27′春季秋季夏季冬季第6页/共51页太阳赤纬角太阳光线与地球赤道平面的夹角：δ－太阳赤纬角J

－从1月1日算起的天数从赤道面算起，北向为正，南向为负－23°27′≤δ≤23°27′阳光直射的地理纬度不同季节的表征★第7页/共51页太阳位置的确定太阳位置用太阳高度角和太阳方位角表示。太阳高度角hs：太阳光线与地平面的夹角。太阳方位角As：太阳光线在地平面上的投影与地平面正南子午线的夹角。一天之中太阳位置如何变化？

第8页/共51页（1）日出、日落时刻的太阳高度角为0，正午时刻的太阳高度角最大，此时太阳位于正南或正北。（2）太阳方位角以正南为0，顺时针为正，表示太阳位于下午的范围；逆时针为负，表示太阳位于上午的范围。（4）上、下午太阳的位置对称于正午。第9页/共51页纬度提高，太阳高度角如何变化？冬季和夏季相比太阳高度角如何变化？第10页/共51页太阳高度角hs的计算公式：φ——地理纬度，（°）；δ——太阳赤纬角，（°）；Ω——时角，（°）。太阳方位角As的计算公式：第11页/共51页地球自转一周360°需24小时，因而每小时太阳移动的角度为15°，于是Ω－地方太阳时对应的时角，正午为0，上、下午对称，上午为负，下午为正；t－地方太阳时：考虑时差。时角Ω第12页/共51页城乡规划、道路网方位、居住区位置建筑物体形、朝向和间距采光口位置、形状和大小遮阳构件的形式、尺寸与构造建筑日照设计方法★第13页/共51页太阳辐射原理太阳是一个直径相当于地球110倍的高温气团，其表面温度约为6000K左右，内部温度则高达2×107K。太阳表面不断以电磁辐射形式向宇宙空间发射出巨大的能量，其辐射波长范围为从波长为0.1m的X射线到波长达100m的无线电波。地球接受的太阳辐射能约为1.7×1014kw，占太阳辐射总能量的二十亿分之一左右。太阳辐射是地球上所有能源的根本来源，气温变化、风的形成等气象现象直接或间接受其影响。第14页/共51页太阳辐射过程直射散射★第15页/共51页到达地面的太阳辐射直射辐射照度（法线面）：IDN－法线面上的直射辐射照度，w/m2；Io－太阳常数＝1367w/m2；P－大气透明度；M－大气质量；第16页/共51页6544332第17页/共51页到达地面的太阳辐射直射辐射照度（水平面）：r－墙面法线与阳光投影线的夹角直射辐射照度（垂直面）：hsIDN第18页/共51页到达地面的太阳辐射散射辐射照度（水平面）：散射辐射照度（垂直面）：第19页/共51页到达地面的太阳辐射地面反射辐射照度（水平面）：－地面对太阳辐射的发射率（％）地面反射辐射照度（垂直面）：第20页/共51页到达地面的太阳辐射不同地面对太阳辐射的反射率第21页/共51页到达地面的太阳辐射水平面总辐射照度计算垂直面总辐射照度计算第22页/共51页太阳光谱的变化大部分紫外线被大气中的臭氧所吸收。大部分的远红外线被大气层中的二氧化碳和水蒸气等温室气体所吸收。到达地面的太阳辐射能主要是可见光（50％）和近红外线部分（50％），即波长为0.32~2.5微米部分的射线。★第23页/共51页气温气温概述气温的影响因素气温的分布特点室外计算温度地温第24页/共51页气温概述一般指距地面1.5m高背阴处的空气温度。大气对太阳辐射是透明的，大气主要靠吸收地面长波辐射增温。年变化：最高温7月份，最低温1月份。

气温年较差日变化：午后2点出现最大值，日出前后出现最小值。

气温日较差第25页/共51页第一，到达地面的太阳辐射热量起决定性的作用－四季变化、日变化、随地理纬度的变化。气温的影响因素第二，大气对流作用以最强的方式影响气温－无论是水平方向或垂直方向的空气流动，都会使高低温空气混合，减少地域间气温的差异。第三，下垫面性质的影响也很重要－山川、平原、盆地；草原、森林、沙漠、河流、海洋；砂土、松干土、粘土。第26页/共51页气温的分布特点气温年较差：自南到北、自沿海到内陆逐渐增大。华南和云贵高原10～20℃，长江流域增加到20~30℃，华北和东北南部约为30~40℃，东北的北部与西北部则超出了40℃。气温的日较差：从东南向西北递增。青海省的玉树，夏季计算日较差达到12.7℃；而山东省的青岛市，夏季计算日较差只有3.5℃。我国多数地区的夏季计算日较差在5～10℃的范围内。第27页/共51页室外计算温度以最热月（7月）与最冷月（1月）的平均温度为基础。冬季室外计算温度：按照历年室外较低日平均温度低于冬季室外计算温度的时间平均每年不超过5天的原则确定。夏季室外计算温度：25年来每年最热一天的平均温度的累年平均值。第28页/共51页冬季地表温度分布第29页/共51页夏季地表温度分布第30页/共51页地温垂直分布第31页/共51页地温垂直分布地表以下具有冬暖夏凉的特点第32页/共51页风、降水与湿度第33页/共51页太阳辐射在地球照射不均匀造成赤道和两极间的温差，由此引发的大气运动。是造成各地气候差异的主要原因之一。大气环流第34页/共51页由地表水陆分布、地势起伏、表面覆盖等地方性条件不同引起。海陆风、山谷风、季风、庭院风及巷道风等。温度差驱动自然对流。地方风海陆风第35页/共51页地方风山谷风第36页/共51页地方风季风冬季海陆风夏季冬季第37页/共51页风玫瑰图冬季风向＋风速＋频率＝风玫瑰图第38页/共51页风玫瑰图冬季风向频率分布图风速频率分布图第39页/共51页城市规划风向分区图季节变化区主导风向区全年西风主导风向区冬季西风夏季东风主导风向区全年西南风无主导风向区准静风区第40页/共51页降水雨、雪、冰雹降水量、降水时间、降水强度降水强度等级（24小时）：小雨<10mm，中雨10～25mm，大雨25～50mm，暴雨50～100mm华南地区雨季：5～10月，长江流域6～9月（梅雨）。第41页/共51页降水量分布图第42页/共51页湿度空气中水蒸气的含量，来自于水、植物。。。的蒸发。绝对湿度：单位体积湿空气中所含水蒸气的质量。相对湿度：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。华南地区3～5月相对湿度最大－防潮。★第43页/共51页城市气候城市气候的影响因素：下垫面：城市建筑物、沥青水泥路面替代自然下垫面。人为热：生产生活消费过程产生的热量。空气污染：工业民用污染。第44页/共51页城市气候的特征1、太阳辐射减弱；2、城区气温偏高——城市热岛；3、城市降水增多——城市雨岛；4、城市湿度小——城市干岛；5、城区风速小、风向不稳定；6、城区雾日增多。第45页/共51页城市热岛巴黎和莫斯科0.7℃，纽约1.1℃上海0.8℃北京1.4℃★第46页/共51页建筑气候区划按地区建筑气候的相似性和差异性进行建筑气候区划：概括各地区气候特征；目前各地区建筑基本要求；提供建筑设计室外计算气象参数；有助于合理利用当地气候资源。区划指标：气温、降水和相对湿度。第47页/共51页