建筑環(huán)境學(xué)-建筑外環(huán)境1

1、1第二章 建筑外環(huán)境2為什么要考慮建筑外環(huán)境? 建筑物所在地的氣候條件，會(huì)通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，直接影響室內(nèi)的環(huán)境，為得到良好的室內(nèi)氣候條件以滿(mǎn)足人們生活和生產(chǎn)的需要，必須了解當(dāng)?shù)馗髦饕獨(dú)夂蛞氐淖兓?guī)律及其特征。 一個(gè)地區(qū)的氣候是在許多因素綜合作用下形成的。對(duì)建筑密切有關(guān)的氣候要素有：太陽(yáng)輻射、氣溫、濕度、風(fēng)、降水等等。3本章內(nèi)容要點(diǎn)宏觀(guān)氣候太陽(yáng)輻射作用與地球氣候特點(diǎn) 地球繞日運(yùn)動(dòng)規(guī)律 太陽(yáng)輻射 室外氣候 大氣壓力、風(fēng)、氣溫、天空溫度、地溫、濕度、降水 微觀(guān)氣候人類(lèi)營(yíng)造活動(dòng)形成的局部微氣候 城市風(fēng)場(chǎng)、城市熱島、建筑日照 我國(guó)氣候分區(qū)特點(diǎn)4第一節(jié) 地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 經(jīng)度和緯度倫敦格林威治天文臺(tái)經(jīng)線(xiàn)或

2、子午線(xiàn)緯線(xiàn)東經(jīng)西經(jīng)北緯南緯1809000590W北京時(shí)間倫敦時(shí)間90E某地的真太陽(yáng)時(shí)T當(dāng)?shù)氐溺姳頃r(shí)間T0就是 忽略了時(shí)差e 的當(dāng)?shù)仄骄?yáng)時(shí)。問(wèn)題：西安的真太陽(yáng)時(shí)和北京時(shí)間差多少?第一節(jié) 地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí)區(qū)當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)時(shí)經(jīng)度太陽(yáng)與地球距離變化造成的偏差600+2327-2327第一節(jié) 地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 太陽(yáng)的位置與日照的關(guān)系 赤緯 ：太陽(yáng)光線(xiàn)與地球赤道平面之間的夾角赤緯d北回歸線(xiàn)南回歸線(xiàn)7南北回歸線(xiàn)北極圈6633北回歸線(xiàn) 2327 8赤緯和太陽(yáng)高度角有什么區(qū)別？時(shí)角和太陽(yáng)方位角有什么區(qū)別？太陽(yáng)高度角太陽(yáng)方位角sin = cos cos h cos + sin sinsin A = cos s

3、in h /cos 9第二節(jié) 太陽(yáng)輻射可見(jiàn)光紫外線(xiàn)近紅外線(xiàn)長(zhǎng)波紅外線(xiàn)10太陽(yáng)總輻射能量比例 太陽(yáng)常數(shù)1353W/m2：大氣層外的輻射強(qiáng)度 進(jìn)入大氣層后被反射和吸收，光譜成分有所改變，輻射強(qiáng)度有所改變。太陽(yáng)高度角是重要影響因素。11大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收 超短波 X射線(xiàn)和其它一些超短波射線(xiàn)在通過(guò)電離層時(shí)，被O2、 N2及其它大氣成分強(qiáng)烈吸收 短波 受到天空中的各種氣體分子、塵埃、微小水珠等質(zhì)點(diǎn)的散射，使得天空呈現(xiàn)藍(lán)色 紫外線(xiàn)被大氣中的臭氧所吸收 長(zhǎng)波被CO2和水蒸氣等溫室氣體所吸收 剩下的 可見(jiàn)光近紅外線(xiàn)12落到地球上的太陽(yáng)輻射能量 由三部分組成 直射輻射：為可見(jiàn)光和近紅外線(xiàn) 散射輻射：被大氣中

4、的水蒸汽和云層散射，為可見(jiàn)光和近紅外線(xiàn) 大氣長(zhǎng)波輻射：大氣（水蒸汽和CO2）吸收后再向地面輻射，為長(zhǎng)波輻射。在日間比例很小，可以忽略。 所謂太陽(yáng)總輻射照度一般僅包括前兩部分13太陽(yáng)輻射能的去向1450到達(dá)地面15太陽(yáng)輻射能與太陽(yáng)高度角I016大氣層質(zhì)量 m地球表面處法向太陽(yáng)直射輻射照度：IN = I0P mm = L/L = 1/sin大大30 為什么太陽(yáng)高度角接近0和90時(shí)垂直面的日射量都小？大氣層質(zhì)量1大氣層質(zhì)量217太陽(yáng)日總輻射照度與朝向地點(diǎn)：北緯4018關(guān)于太陽(yáng)高度角 太陽(yáng)高度角與太陽(yáng)通過(guò)的路徑長(zhǎng)度密切相關(guān)，從而影響日射強(qiáng)度。太陽(yáng)高度角低則日射強(qiáng)度小 冬季太陽(yáng)高度角低，夏季太陽(yáng)高度角高

5、 清晨和傍晚太陽(yáng)高度角低，中午太陽(yáng)高度角高 高緯度地區(qū)太陽(yáng)高度角低，低緯度地區(qū)太陽(yáng)高度角高19太陽(yáng)高度角冬夏不同20大氣透明度 定義：I1/I0 = P = exp (-kL)，P1 最透明 變化范圍：0.650.75，在一個(gè)月份的晴天中可近似認(rèn)為是常數(shù) 我國(guó)將大氣透明度作了6個(gè)等級(jí)的分區(qū)，1級(jí)最透明 東京晴天的大氣透明度逐月值大氣層消光系數(shù)21我國(guó)的大氣透明度分區(qū)654433222第三節(jié) 室外氣候 自然的微氣候 大氣壓力 風(fēng) 空氣溫度 有效天空溫度 地層溫度 空氣濕度 降水23大氣壓力 大氣壓力隨海拔高度而變 在同一位置，冬季大氣壓力比夏季大氣壓力高，變化范圍5以?xún)?nèi) 海平面大氣壓力稱(chēng)作標(biāo)準(zhǔn)大

6、氣壓，為101325 Pa 或 760 mmHg24大氣壓力變化平均氣壓隨緯度分布 氣壓日變化（2） 25風(fēng) 風(fēng)的成因 大氣環(huán)流：造成全球各地差異 赤道和兩極溫差造成 地方風(fēng)：造成局部差異，以一晝夜為周期 地方性地貌條件不同造成，如海陸風(fēng)、山谷風(fēng)、庭院風(fēng)、巷道風(fēng)等 季風(fēng)：造成季節(jié)差異，以年為周期海陸間季節(jié)溫差造成，冬季大陸吹向海洋，夏季海洋吹向大陸26大氣環(huán)流 赤道得到太陽(yáng)輻射大于長(zhǎng)波輻射散熱，極地正相反。地表溫度不同是大氣環(huán)流的動(dòng)因，風(fēng)的流動(dòng)促進(jìn)了地球各地能量的平衡。盈余區(qū)域短缺區(qū)域凈增益凈損失輻射增益區(qū) 隨緯度基本不變占地面積40過(guò)渡區(qū)占地面積36損失區(qū)占地面積3627風(fēng)的測(cè)量 測(cè)量開(kāi)闊地

7、面 10m 高處的風(fēng)向和風(fēng)速作為當(dāng)?shù)氐挠^(guān)測(cè)數(shù)據(jù)Vmet 風(fēng)速有梯度，地面為 0 m/s，可認(rèn)為按冪函數(shù)規(guī)律分布，如高度h處：邊界層厚度氣象站0.14市中心0.3328蒲福風(fēng)力等級(jí)表29風(fēng)玫瑰圖某地的風(fēng)向頻率分布實(shí)線(xiàn)為全年，虛線(xiàn)為7月份某地一年的風(fēng)速頻率分布30北京地區(qū)的風(fēng)玫瑰圖31海陸風(fēng)和山谷風(fēng)32空氣溫度 主要指距地面1.5m高，背陰處的空氣溫度。 空氣與地表面以導(dǎo)熱、對(duì)流和長(zhǎng)波輻射形式進(jìn)行熱交換而被加熱或冷卻以對(duì)流為主。對(duì)短波輻射幾乎是透明體。 空氣溫度是如何產(chǎn)生變化的？ 白天地表溫度升高與空氣溫度升高，誰(shuí)是誘因？ 夜間地表溫度降低與空氣溫度降低，誰(shuí)是誘因？ 白天和夜間的空氣垂直分布應(yīng)該是

8、怎么樣的？33空氣溫度日較差：一日內(nèi)氣溫的最高值和最低值之差。 年較差：一年內(nèi)最冷月和最熱月的月平均氣溫差。 年平均溫度：向高緯度地區(qū)每移動(dòng) 200300 km 降低1。年較差與緯度的關(guān)系太陽(yáng)輻射和日氣溫變化34空氣溫度的日變化 武漢九月初一天的氣象數(shù)據(jù) 一天中最高氣溫一般出現(xiàn)在下午23時(shí)，最低氣溫一般出現(xiàn)在凌晨45時(shí)35空氣溫度的年變化武漢某年的氣象數(shù)據(jù) 一年中最熱月一般在7、8月份，最冷月一般在1、2月份。36原因 地面有冷源1. 夜間長(zhǎng)波輻射2. 附近有較低溫的海風(fēng)吹來(lái)逆溫層正常的溫度梯度：地表熱，高空冷37空氣溫度的局部效應(yīng) 受地面反射率、夜間輻射、氣流、遮陽(yáng)等影響，離建筑物越遠(yuǎn)，溫度

9、越低38空氣溫度的局部效應(yīng) 霜洞效應(yīng)：洼地冷空氣聚集造成氣溫低于地面上的空氣溫度39有效天空溫度大氣層吸收10以上的太陽(yáng)輻射和來(lái)自地面的反射輻射，并向地面進(jìn)行長(zhǎng)波輻射（58m及13m以上）地表有效輻射：地面與大氣層之間的輻射換熱QR QRQgQsky ( Tg4 Tsky4 ) 地表的黑度波爾茲曼常數(shù)地表溫度有效天空溫度40有效天空溫度參考文獻(xiàn)：劉森元，黃遠(yuǎn)峰：天空有效溫度的探討，太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，Vol.4, No.1, pp.63-68, 1983地表溫度空氣溫度水蒸汽分壓力日照百分率41地層溫度表面溫度的變化取決于太陽(yáng)輻射和對(duì)天空的長(zhǎng)波輻射，可看作是周期性的溫度波動(dòng)地層表面的月平均溫度波動(dòng)幅度

10、基本等于室外月平均氣溫波動(dòng)的幅度：北京全年最大月平均溫差30.8 ，北京地層表面溫度全年的波幅為15.4溫度波在向地層深處傳遞時(shí)，有衰減和延遲；1.5m后日變化被濾掉；一定深度后便成為恒溫層，溫度比全年氣溫平均溫度高12。42地層溫度恒溫層溫度43地層溫度 未考慮地?zé)岬挠绊?，可以采用付立葉導(dǎo)熱微分方程來(lái)求地層在周期溫度作用下的溫度場(chǎng)。假定地殼是一個(gè)半無(wú)限大的物體，有： 邊界條件為過(guò)余溫度 A是地層表面溫度的波幅()，Z是波動(dòng)周期(小時(shí))。44地層溫度 深度達(dá)到某一個(gè)部位，最熱月時(shí)此處的溫度反而低于該點(diǎn)的全年平均溫度，而在最冷月時(shí)，該點(diǎn)的溫度要高于全年平均溫度。 如果考慮地?zé)岬挠绊?，深度每增?

11、米，地層平均溫度一般就會(huì)增加1/30 左右。但與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件有關(guān)。未考慮地?zé)嵊绊懙?5濕度 來(lái)源 水體蒸發(fā) 植物蒸發(fā) 影響因素 地面性質(zhì) 水體分布 季節(jié) 陰晴 水蒸汽分壓力 冬季較低，夏季較高 濕熱地區(qū)：1520 mbar 寒冷和沙漠地區(qū)： 2 mbar 日變化較小，季節(jié)變化較大 內(nèi)陸地區(qū)夏季：上午910時(shí)和晚上910時(shí)最高，凌晨和午后最低 沿海地區(qū)夏季和各地秋冬季：日變化與氣溫日變化一致46濕度日變化絕對(duì)濕度一日中相對(duì)穩(wěn)定 相對(duì)濕度與氣溫變化反相 47濕度 年變化 內(nèi)陸和沿海地區(qū)差別較大48降水 大地蒸發(fā)的水分進(jìn)入大氣層，凝結(jié)后又回到地面，包括雨、雪、冰雹等 降水強(qiáng)度：24小時(shí)的降水總量，單位 mm (或cm) 影響因素 氣溫 地形 大氣環(huán)流 海陸分布49我國(guó)降水分布 我國(guó)降水基本集中在夏季，長(zhǎng)江流域在夏初有“梅雨” 降雪集中在北緯35以北50第四節(jié) 城市氣候 小區(qū)風(fēng)場(chǎng) 城市熱島 建筑布局與日照51沖刷邊角增強(qiáng)效應(yīng)穿越前低建筑對(duì)后高建筑的影響巷道風(fēng)的加強(qiáng)上部建筑對(duì)下部建筑的影響風(fēng)對(duì)建筑的影響52此處易聚集垃圾小區(qū)風(fēng)場(chǎng) 形成機(jī)理 建筑物對(duì)來(lái)流風(fēng)的阻礙和聚集作用 小區(qū)內(nèi)太陽(yáng)輻射導(dǎo)致各表面存在溫差而形成的自然對(duì)流53不當(dāng)風(fēng)場(chǎng)的危害冬季造成熱負(fù)荷增加高風(fēng)速影響人員行動(dòng)夏季自然通風(fēng)不良污染物和室外熱量不易散發(fā) 最為極端的莫過(guò)于19