建筑物理室外氣候市公開課一等獎(jiǎng)省名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

第一篇熱環(huán)境第3章室外氣候內(nèi)容：1.建筑氣候概述2.室外氣候原因3.城市氣候4.我國(guó)建筑氣候5.氣候與建筑1.建筑氣候概述1.1基本概念氣候：是指一個(gè)地域或一個(gè)地方天氣情況，是各種氣候原因相互作用結(jié)果，主要由太陽(yáng)輻射，大氣環(huán)境和下墊面間長(zhǎng)久相互作用引發(fā)，含有一定規(guī)律性。建筑氣候：是指建筑與大氣過程間規(guī)律性相互影響，是指與建筑相關(guān)氣候情況，也含有一定規(guī)律性。建筑氣候?qū)W：是研究建筑氣候規(guī)律性和建筑物怎樣適應(yīng)該地氣候特點(diǎn)，合理地規(guī)劃、布局、選材、設(shè)計(jì)施工等，以創(chuàng)造適宜室內(nèi)氣候和良好建筑物氣象效應(yīng)科學(xué)。

氣候帶：依據(jù)氣候因子或氣候要素含有緯向帶狀分布特征而劃分地帶稱為氣候帶。

1.2建筑氣候區(qū)劃及分類

區(qū)劃：對(duì)一個(gè)國(guó)家、一個(gè)地域，按一定標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需要適當(dāng)照料自然區(qū)或行政區(qū)，將全國(guó)或某個(gè)區(qū)域按不一樣氣候特色劃分為若干小區(qū)，稱為氣候區(qū)劃。日本建筑氣候分區(qū)氣候區(qū)氣候特征氣候型氣候特征A赤道潮濕性氣候區(qū)整年酷熱最冷月平均氣溫≥18℃熱帶雨林氣候整年多雨，最干月降水≥60mm熱帶季風(fēng)氣候雨季尤其多雨，最干月降水＜60mm熱帶草原氣候有干濕季之分，最干月降水＜60mmB干燥性氣候區(qū)整年降水稀少，依據(jù)降水季節(jié)分配，分冬雨區(qū)、夏雨區(qū)、年雨區(qū)沙漠氣候干旱，降水＜250mm稀樹草原氣候半干旱250mm＜降水≤750mmC濕潤(rùn)性溫和型氣候區(qū)最熱月平均氣溫＞10℃，0℃＜最冷月平均氣溫<18℃地中海氣候夏季干旱，最干月降水≤40mm，不足冬季最多月1/3亞熱帶濕潤(rùn)性氣候海洋性西海岸氣候柯本氣候分類法

D濕潤(rùn)性冷溫型氣候區(qū)最熱月平均氣溫＞10℃最冷月平均氣溫＜0℃濕潤(rùn)性大陸性氣候針葉林氣候E極地氣候區(qū)整年嚴(yán)寒，最熱月平均氣溫＜10℃苔原氣候0℃＜最熱月平均氣溫＜10℃生長(zhǎng)有苔蘚、地衣類植物冰原氣候最熱月平均氣溫＜0℃，終年覆蓋冰雪H山地氣候區(qū)山地氣候海拔在2500m以上氣候類型氣候特征及原因建筑適應(yīng)性表現(xiàn)建筑例濕熱氣候區(qū)溫度高（15℃～35℃），年均氣溫在18℃左右或更高，年較差小。年降水≥750mm，潮濕悶熱，相對(duì)濕度＞80%，太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，有眩光。遮陽(yáng)；自然通風(fēng)降溫；低蓄熱圍護(hù)結(jié)構(gòu)。中國(guó)云南西雙版納桿闌民居干熱氣候區(qū)太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，有眩光，溫度高（20℃～40℃），年較差、日較差大。降水稀少、空氣干燥、濕度低，多風(fēng)沙。最大程度地相互遮陽(yáng)；開較小通風(fēng)口；厚重蓄熱墻體增強(qiáng)熱穩(wěn)定性；利用水體調(diào)整微氣候；內(nèi)向型院落式格局哈桑·法賽設(shè)計(jì)Dariya住宅斯歐克萊氣候分類法

溫和氣候區(qū)有顯著季節(jié)性溫度改變（有較嚴(yán)寒冬季和較酷熱夏季）；月平均氣溫波動(dòng)范圍大，最冷月可低至－15℃，最熱月則可高達(dá)25℃，氣溫年變幅可從30℃到37℃。夏季：遮陽(yáng)、通風(fēng)。冬季：日照；保溫。中國(guó)云南納西族民居寒冷氣候區(qū)大部分時(shí)間月平均溫度低于15℃，日夜溫差改變較大，風(fēng)大，嚴(yán)寒，雪荷載大。減小建筑體型系數(shù)；最大程度地保溫，盡可能爭(zhēng)取日照緊湊式布置或圍合以避風(fēng)；坡屋面降低雪荷載。加拿大Penhallam住宅2.室外氣候原因2.1太陽(yáng)輻射地軸與黃道平面并非正交，而是傾斜66°33’。太陽(yáng)光線與地球赤道面夾角，是伴隨地球在公轉(zhuǎn)軌道上位置、即日期不一樣而改變。赤緯角從赤道面算起，向北為正，向南為負(fù)。A.赤緯角δ及四季改變春分時(shí)（約在3月21日），太陽(yáng)光線與地球赤道面平行，赤緯為0°，陽(yáng)光直射赤道，而且恰好切過兩極，南、北半球晝夜均等長(zhǎng)。春分以后，赤緯逐步增加，到夏至（約在6月22日）赤緯δ＝＋23°27’到達(dá)最大值，太陽(yáng)光線垂直入射地球北緯23°27’地表，即北回歸線上。到冬至（約在12月22日）赤緯δ＝-23°27’到達(dá)最小值，太陽(yáng)光線垂直入射地球南緯-23°27’地表，即北回歸線上。B.太陽(yáng)常數(shù)在地球與太陽(yáng)平均距離處，垂直于入射光線大氣界面上單位面積上熱輻射流Iow/m2天文太陽(yáng)常數(shù)(計(jì)算):Io=1395.6w/m2氣象太陽(yáng)常數(shù)(實(shí)測(cè)):Io=1256w/m2C.太陽(yáng)輻射在大氣中改變太陽(yáng)光譜D太陽(yáng)輻射計(jì)算直接輻射：與太陽(yáng)光線經(jīng)過大氣層距離Ly相關(guān)，與大氣組成相關(guān)，對(duì)波長(zhǎng)為λ光線有：ILλ=I0λexp(-αλL)

αλ是L段中大氣對(duì)光線輻射減弱系數(shù)Lsinhs=hL=hcschs垂直面直射輻射:I⊥=Imcoshscosr水平面直射輻射:IH=Imsinhs

水平面散射輻射:DH=ΦI0sinhsΦ----為全散射輻射系數(shù)，包含天空、地面、云層等。垂直面散射輻射:D⊥=0.5DH影響抵達(dá)地面太陽(yáng)輻射原因：太陽(yáng)高度角、大氣透明度、地理緯度、云量、海拔高度。地面上受到太陽(yáng)輻射照度隨當(dāng)?shù)氐乩砭暥?、大氣透明度和季?jié)及時(shí)間不一樣而改變。建筑各朝向表面日輻射照度隨季節(jié)改變規(guī)律各不相同。E.日照時(shí)數(shù)及日照百分率可日照時(shí)數(shù)：在晴天無云時(shí)，從日出到日沒一天內(nèi)陽(yáng)光照射時(shí)間。實(shí)際照時(shí)數(shù)：從日出到日沒一天內(nèi)實(shí)際受陽(yáng)光照射時(shí)間。日照百分率：實(shí)際日照時(shí)數(shù)占可日照時(shí)數(shù)之百分?jǐn)?shù)稱為日照百分率。

2.2氣溫與地面溫度A.概念氣溫：指距地面1.5高處空氣溫度。地表溫度：指地表面與空氣接觸面溫度。B.氣溫周期性改變?nèi)罩芷谛愿淖內(nèi)蛰^差年周期性改變、年較差北京標(biāo)準(zhǔn)年空氣溫度曲線圖C.影響氣溫原因地理緯度:太陽(yáng)輻射:地表情況:降水情況:大氣對(duì)流:季節(jié)改變:D.逆溫現(xiàn)象及危害上層空氣較下層空氣熱現(xiàn)象叫逆溫現(xiàn)象。地面受到強(qiáng)烈冷卻，造成空氣不流動(dòng)，濃霧不散，空氣污染物質(zhì)長(zhǎng)久沉積。霜凍效應(yīng)：冷空氣下沉到低洼處不動(dòng)。我國(guó)1月平均地面溫度分布我國(guó)7月平均地面溫度分布E.地層溫度改變地表面：(1)周期相同(2)振幅有衰減Af>Ax

(3)時(shí)間有延遲(4)衰減倍數(shù):地表以下衰減倍數(shù)2.3空氣濕度周期性改變?cè)谝蝗罩蟹鲿郧白罡?，而午后最低。相?duì)濕度日改變：年周期性改變：改變程度是大陸大于海面，夏季大于冬季，晴天大于陰天。在一年中最冷月最高，而最熱月最低。濕度隨高度改變。水蒸汽壓力：在豎向高度上遞減量較氣壓遞減更加快，所以，水蒸汽濃度伴隨海拔高度而降低。水蒸汽壓力最大年改變發(fā)生在季風(fēng)影響區(qū)域內(nèi)；這些季風(fēng)從海洋上帶來了熱濕空氣，又從內(nèi)陸帶來了干燥空氣。影響濕度原因：地面性質(zhì)、太陽(yáng)輻射、空氣溫度、空氣流速、降水等。2.4風(fēng)A.大氣環(huán)流因?yàn)樘?yáng)輻射在地表分布不均，引發(fā)赤道與兩極溫差，從而引發(fā)氣流從赤道想兩極，從兩極向赤道流動(dòng)。地球上大氣借助對(duì)流會(huì)將太陽(yáng)能進(jìn)行再分配。圖為在不旋轉(zhuǎn)地球。大氣環(huán)流風(fēng)向地球旋轉(zhuǎn)，使圖氣流產(chǎn)生陀螺旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)。（1）因?yàn)榈厍蛐D(zhuǎn)，吹向赤道風(fēng)因而偏轉(zhuǎn)向西；（2）吹向兩極風(fēng)因而偏轉(zhuǎn)向東；（3）上述兩種作用近赤道區(qū)最小，近極區(qū)最大。B.地方風(fēng)

因?yàn)榈胤叫再|(zhì)不一樣,如水陸分布、地理起伏、地表情況不一樣，引發(fā)空氣流動(dòng)。海陸風(fēng)、季風(fēng)、山谷風(fēng)、庭院風(fēng)、巷道風(fēng)等。

山谷風(fēng)C.風(fēng)描述風(fēng)向：風(fēng)吹來地平方向。風(fēng)速：風(fēng)大小稱為風(fēng)速。先定十六個(gè)方向，再統(tǒng)計(jì)出各方向頻率，連接各點(diǎn)，圓周線代表頻率值。風(fēng)玫瑰圖:泉州5-9月風(fēng)向玫瑰圖泉州整年風(fēng)向玫瑰圖風(fēng)速玫瑰圖：先統(tǒng)計(jì)出某一方向某一范圍如0～1.0m/s出現(xiàn)次數(shù)，再求出該方向該范圍內(nèi)風(fēng)速頻率。按照畫風(fēng)玫瑰圖方法畫出這一范圍玫瑰圖，再統(tǒng)計(jì)另一風(fēng)速范圍如1~2m/s出現(xiàn)次數(shù)及計(jì)算出某出現(xiàn)頻率，按方向和百分比截取線段描點(diǎn)，連接各點(diǎn)形成區(qū)域即可劃出風(fēng)速圖。D.風(fēng)速隨高度改變A.與下墊面性質(zhì)相關(guān)B.隨高度增加而增加C.可用指數(shù)形式表示V=V0(Z/Z0)nE.我國(guó)風(fēng)向分區(qū)Ⅰ.季節(jié)改變型：冬夏風(fēng)向改變＞135度,≤180度。Ⅱ.主導(dǎo)風(fēng)向型：整年風(fēng)向基本一致。Ⅲ.無主導(dǎo)風(fēng)向型。Ⅳ.準(zhǔn)靜風(fēng)型。F.建筑物周圍風(fēng)建筑物所受風(fēng)壓2.5降水降水：從大地蒸發(fā)出來水汽進(jìn)入大氣層，經(jīng)過凝結(jié)后又降到地面上液態(tài)或固態(tài)水分簡(jiǎn)稱降水。描述降水性質(zhì)參數(shù)：降水量、降水時(shí)間、降水強(qiáng)度。影響降水原因：氣溫、大氣環(huán)流、地形、海陸分布。降水量：是指降落到地面雨、雪、雹等融化后，未經(jīng)蒸發(fā)或滲透流失而積累在水平面上水層厚度，以mm為單位。降水時(shí)間：指一次降水過程從開始到結(jié)束連續(xù)時(shí)間，單位h或min。降水強(qiáng)度：指單位時(shí)間內(nèi)降水量，等級(jí)以二十四小時(shí)總量（mm）表示。小雨:<10mm，中雨:10~25mm，大雨:25~50mm，暴雨:50~100mm。我國(guó)降水分布特點(diǎn)(1)從東南沿海向西北內(nèi)陸降低。(2)山地多于平地,迎風(fēng)多于背風(fēng)。(3)與地形與風(fēng)型相關(guān)。降水與山系太平洋沿海帕羅阿托(PaloAlto)向東橫過海濱山脈和內(nèi)華達(dá)山(SierraNavada)至內(nèi)華達(dá)沙漠(Navadadesert)A.多雨區(qū)在山脈近陸地。B.最大雨量出現(xiàn)在山脈中央西斜坡。3.城市氣候3.1城市形成3.2當(dāng)代城市特點(diǎn)A.建筑物鱗次櫛比,高低不一,是由混凝土堆積而成特殊場(chǎng)所。是自然地表受到人為改造特殊底層墊面。

B.街道縱橫,人口密集,大量能源輸入和消費(fèi),“人為熱”大量產(chǎn)生排放地方。C.是垃圾廢物、塵埃、有毒和有害氣體產(chǎn)生和排放中心。3.3城市氣候概念及特點(diǎn)A.概念

城市氣候是指某一地域在城市化后，因?yàn)槿丝诟叨让芗?，眾多建筑物組成特殊下墊面，高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中消耗大量燃料，釋放出有害氣體和粉塵以及其它人類生產(chǎn)和生活影響，改變了該地域原有區(qū)域氣候情況，形成一個(gè)與城市周圍不一樣局地氣候稱為城市氣候。B.城市氣候特點(diǎn)（1）大氣透明度差，減弱太陽(yáng)輻射。（2）氣溫較高，形成“熱島”效應(yīng)。城市熱島環(huán)流美國(guó)華盛頓特區(qū)輻射式街道

巴西貝洛奧里藏特城市街道布置

（3）風(fēng)速減小，風(fēng)向各地而異。大氣分層:

奧克（Oke）將城市大氣劃分為以下幾層，城市邊界層、城市覆蓋層、城市熱羽層。（4）蒸發(fā)減弱，濕度變小，地面較干躁；形成“城市干島”。城市絕對(duì)濕度日振幅比郊區(qū)大。.（5）城區(qū)降水量增多。有豐富冷結(jié)核,形成“城市雨島”。城市云量比郊區(qū)為多，城市中下風(fēng)方向降水量多。（6）霧多、能見度差。大量塵埃粒引發(fā)。3.4城市區(qū)域熱環(huán)境調(diào)整

借助于數(shù)學(xué)模型能夠模擬部分原因?qū)鉁乜赡苡绊?，并?duì)造成可能最大影響程度作了初步預(yù)計(jì)。

經(jīng)過合理城市規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)，能夠?qū)Τ鞘袇^(qū)域熱環(huán)境改進(jìn)起到很好作用。城市干道走向不但影響日照，而且對(duì)太陽(yáng)輻射熱和風(fēng)速有顯著影響，這些都是對(duì)局部區(qū)熱環(huán)境起作用主要因子。因而依據(jù)本區(qū)域主導(dǎo)風(fēng)向等原因規(guī)劃城市道路系統(tǒng)有利于減弱城市熱島效應(yīng)。4.我國(guó)建筑氣候A.區(qū)劃意義概括出各地域氣候特點(diǎn)，起到：（1）適應(yīng)不一樣氣候條件（2）明確各地建筑基本要求（3）為建筑城規(guī)劃提供所需氣候參數(shù)（4）合理利用當(dāng)?shù)貧夂蛸Y源,改進(jìn)和提升城市與建筑環(huán)境質(zhì)量,充分發(fā)揮建設(shè)投資經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。4.1建筑氣候區(qū)劃意義和分級(jí)7個(gè)一級(jí)區(qū)(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ)，反應(yīng)大差異。以氣溫、相對(duì)濕度、降水為指標(biāo)。20個(gè)二級(jí)區(qū)（ⅠA、ⅠB、ⅠC…)

小差異。B.分級(jí)I區(qū)以1月平均氣溫和凍土性質(zhì)為二級(jí)指標(biāo)Ⅱ區(qū)以7月平均氣溫和日較差為二級(jí)指標(biāo)Ⅲ區(qū)以7月平均氣溫和最大風(fēng)速為二級(jí)指標(biāo)Ⅳ區(qū)以最大風(fēng)速為二級(jí)指標(biāo)Ⅴ區(qū)以1月平均氣溫為二級(jí)指標(biāo)Ⅵ區(qū)以1月和7月平均氣溫為二級(jí)指標(biāo)Ⅶ區(qū)以1月和7月平均氣溫、降水量為二級(jí)指標(biāo)4.2.中國(guó)建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)A.僅對(duì)建筑熱環(huán)境和保溫隔熱設(shè)計(jì)而提出。B.以累年最冷月（1月）和最熱月（7月）平均溫度作為主要指標(biāo)；用累年日平均溫度≤5℃和≥25℃天數(shù)為輔助指標(biāo)。5.建筑氣候適應(yīng)性嚴(yán)寒地域(圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚重、門窗小、密閉性）蒙古苞：圓形可使相同空間表面積最小，熱量散失最小愛基斯摩人圓頂雪屋：剖面及其中溫度分層現(xiàn)象

嚴(yán)寒地域（較大圍合爭(zhēng)取日照，阻擋冷風(fēng)）窯洞是利用地層溫度穩(wěn)定夏熱冬冷地域：（江南水鄉(xiāng)，潮濕，遮陽(yáng)和通風(fēng))夏熱冬暖地域：（廣西，夏季遮陽(yáng)十分主要)福建：臺(tái)風(fēng)適應(yīng)濕熱地域：通風(fēng)、架空、防潮、防蟲傣族竹樓馬來群島草屋干熱地域：（沙漠，圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚重，衰減溫度波，被動(dòng)蒸發(fā)降溫利用）蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng)用例-----總統(tǒng)別苑哈?！しㄈ℉assanFathy）設(shè)計(jì)位于埃及Kalabash總統(tǒng)別苑：向下通風(fēng)蒸發(fā)冷卻、熱壓通風(fēng)出風(fēng)口。蒸發(fā)冷卻例----拉雷多藍(lán)圖示范農(nóng)場(chǎng)普林尼·菲斯克（PlinyFisk）設(shè)計(jì)德克薩斯州拉雷多（Laredo）拉雷多藍(lán)圖示范農(nóng)場(chǎng)，采取了兩個(gè)蒸發(fā)冷卻塔來冷卻棚屋辦公室、教室以及包裝區(qū)域。

蒸發(fā)冷卻原理：水在空氣中蒸發(fā)會(huì)吸收空氣熱量、增加空氣濕度從而使空氣降溫。蒸發(fā)冷卻效果—以色列沙漠建筑研究中心尼古拉斯·格雷姆肖（英