氣候分析工具

氣候分析工具第1頁/共58頁[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具WeatherTool具有以下作用NO.1NO.2NO.3NO.4NO.5WeatherTool可以讀取并轉(zhuǎn)換包括TMY、TMY2、TRY和DAT等在內(nèi)的一系列常用氣象數(shù)據(jù)格式。WeatherTool可以將枯燥的氣象數(shù)據(jù)的數(shù)字信息以圖表的可視化方式表達(dá)，以幫助建筑師直觀的認(rèn)識建筑基地所處地區(qū)的氣象資料。WeatherTool可以將氣象數(shù)據(jù)表達(dá)于焓濕圖中。通過焓濕圖可以使建筑師了解到當(dāng)?shù)氐臒崾孢m性區(qū)域，并在焓濕圖上分析各種基本被動(dòng)式設(shè)計(jì)手段對熱舒適的影響。WeatherTool通過對太陽輻射的解析，可以對比分析各朝向立面上的全年太陽輻射情況；根據(jù)全年中過熱期和過冷期的太陽輻射得熱量計(jì)算本地的相對最佳建筑朝向。WeatherTool不僅可以分析而且可以編輯制作逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)。第2頁/共58頁基礎(chǔ)氣象資料統(tǒng)計(jì)一般包括：大氣壓力干球溫度濕球溫度蒸汽壓力相對濕度風(fēng)速風(fēng)向云量太陽輻射等建筑性能化模擬分析時(shí)通常需要的氣象要素空氣溫度干球溫度日最高值干球溫度日最低值干球溫度平均值露點(diǎn)溫度露點(diǎn)溫度日最高值露點(diǎn)溫度日最低值露點(diǎn)溫度平均值風(fēng)風(fēng)速日最大值風(fēng)速日平均值太陽輻射水平面總輻射平均值直射輻射日平均值[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具氣象數(shù)據(jù)的簡稱第3頁/共58頁[我國建筑氣候數(shù)據(jù)研究現(xiàn)狀][AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具氣象數(shù)據(jù)的簡介代表性的統(tǒng)計(jì)氣象數(shù)據(jù)隨機(jī)模擬法的氣象數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)年氣象數(shù)據(jù)典型氣象年氣象數(shù)據(jù)第4頁/共58頁[我國的標(biāo)準(zhǔn)年氣象數(shù)據(jù)]2004年張晴原等人出版的《中國建筑用標(biāo)準(zhǔn)氣象數(shù)據(jù)庫》。該數(shù)據(jù)庫包含了57個(gè)主要城市的標(biāo)準(zhǔn)年氣象數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)日氣象數(shù)據(jù)以及不保證率氣象數(shù)據(jù)。[我國主要的典型氣象年氣象數(shù)據(jù)]2002年，郎四維通過與美國勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗(yàn)室開展技術(shù)合作，研究建立了我國26個(gè)城市的典型氣象年逐時(shí)氣象資料。2005年中國氣象局氣象信息中心氣象資料室聯(lián)合清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系研究并開發(fā)了《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》。該數(shù)據(jù)庫收集了全國270個(gè)地面氣象站臺1971~2003年的實(shí)測氣象數(shù)據(jù)。西安建筑科技大學(xué)與香港城市大學(xué)合作的重大國際合作項(xiàng)目“建筑節(jié)能的基礎(chǔ)科學(xué)問題研究”也在對我國建筑節(jié)能用氣象資料進(jìn)行開發(fā)與研究。給出了中國地面194個(gè)地面站的分布。氣象資料記錄時(shí)間為1971~2000年，共30年的氣象數(shù)據(jù)。主要?dú)庀笠匕ǎ簹鉁?、相對濕度、濕球溫度、云量、日照時(shí)數(shù)、氣壓、風(fēng)速風(fēng)向、總輻射、散射輻射等氣象要素。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具氣象數(shù)據(jù)的簡介第5頁/共58頁WeatherTool使用擴(kuò)展名為“wea”的氣象數(shù)據(jù)記錄文件。其中包含了大部分常用的逐時(shí)氣象參數(shù)：氣溫、相對濕度、總輻射、散射輻射、風(fēng)速、風(fēng)向、云量與降雨量。其中前五項(xiàng)為必備內(nèi)容，后三項(xiàng)為可選內(nèi)容。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具氣象數(shù)據(jù)的簡介第6頁/共58頁[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具WeatherTool界面介紹第7頁/共58頁3.1、菜單欄[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具WeatherTool界面介紹菜單欄第8頁/共58頁[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具WeatherTool界面介紹分析面板第9頁/共58頁

按鈕為放大圖像命令；按鈕為縮放圖像到合適大小命令；按鈕為縮小圖像命令；按鈕包含兩個(gè)命令：AsMetafile(圖元文件)與AsBitmap(位圖文件)，二者都是復(fù)制圖像的命令，區(qū)別在于前者復(fù)制的圖像為白底（如圖3-12），后者復(fù)制的圖像為黑底（如圖3-19）。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具WeatherTool界面介紹查看工具欄第10頁/共58頁SolarRadiation(太陽輻射)——對各朝向立面上的全年太陽輻射進(jìn)行分析對比。BestOrientation(最佳朝向)——根據(jù)全年過熱期和過冷期內(nèi)的太陽輻射量計(jì)算本地的最佳建筑朝向。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具太陽輻射分析第11頁/共58頁[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具太陽輻射分析第12頁/共58頁圖中紅色與藍(lán)色區(qū)域分別代表過熱與過冷的時(shí)間（該區(qū)域與BestOrientation命令中的設(shè)置有關(guān)）；較粗的黃線表示平均曝輻射量；較細(xì)的黃線表示實(shí)際記錄的全年逐時(shí)曝輻射量；左上角的文字中“161.0°”表示北偏東161.0°，說明上圖是這個(gè)方向上的太陽輻射情況；“TotalAnnualCollection”表示全年該方向的總曝輻射量，“UnderheatedPeriod”表示過冷時(shí)間段（藍(lán)色區(qū)域）的總曝輻射量，“OverheatedPeriod”表示過熱時(shí)間段（紅色區(qū)域）的總曝輻射量。通過動(dòng)畫我們可以發(fā)現(xiàn)北京地區(qū)冬季南偏東20度（160°）左右的曝輻射量最高，而夏季正東（90°）的曝輻射量最高。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具太陽輻射分析第13頁/共58頁[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具最佳朝向分析圖中綠色箭頭,表示全年平均曝輻射量最多的朝向（135°）;、藍(lán)色箭，表示頭過冷時(shí)間內(nèi)曝輻射量最多的朝向（160°）;細(xì)的紅色箭頭,表示過熱時(shí)間內(nèi)曝輻射量最多的朝向（90°）。這與SolarRadiation命令的分析結(jié)果一致。第14頁/共58頁[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具最佳朝向分析左上角的文字中UnderheatedStress表示過冷時(shí)間內(nèi)各個(gè)朝向的總曝輻射量，為1416.9kWh/m2（圖中藍(lán)色圈所包含的總曝輻射量）；OverheatedStress表示過熱時(shí)間內(nèi)各個(gè)朝向的總曝輻射量，為317.2kWh/m2（圖中紅色圈所包含的總曝輻射量）Compromise表示最佳朝向，為162.5°。第15頁/共58頁[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具最佳朝向分析左下角的文字中EntireYear表示全年平均曝輻射量最多的朝向的曝輻射量，為2.03kWh/m2（圖中綠色圈與綠色箭頭相交點(diǎn)所表示的曝輻射量）Underheated表示過冷時(shí)間內(nèi)曝輻射量最多的朝向的曝輻射量，為3.19kWh/m2（圖中藍(lán)色圈與藍(lán)色箭頭相交點(diǎn)所表示的曝輻射量）Overheated表示過熱時(shí)間內(nèi)曝輻射量最多的朝向的曝輻射量，為0.87kWh/m2（圖中紅色圈與細(xì)紅色箭頭相交點(diǎn)所表示的曝輻射量）。第16頁/共58頁我們也可以從豎直投影中得到以上的信息:[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具最佳朝向分析第17頁/共58頁WeatherTool提供了功能強(qiáng)大的焓濕圖分析功能。軟件可以根據(jù)氣象數(shù)據(jù)在焓濕圖中對各種主動(dòng)、被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略進(jìn)行分析。其中被動(dòng)式策略與建筑設(shè)計(jì)的關(guān)系尤為密切，建筑師恰當(dāng)使用被動(dòng)式策略不僅可以減少建筑對周圍環(huán)境的影響，還可以減少采暖空調(diào)等的造價(jià)與運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)，主動(dòng)式策略也有高能低效與低能高效之分，通過在焓濕圖上分析主動(dòng)式策略，也同樣可以有效的節(jié)約能源。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具焓濕圖策略分析第18頁/共58頁橫坐標(biāo)表示干球溫度，℃[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具焓濕圖第19頁/共58頁[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具焓濕圖縱坐標(biāo)表示絕對濕度，g/kg第20頁/共58頁這條平行的斜線表示焓，kJ/kg[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具焓濕圖第21頁/共58頁這條斜率不同的斜線表示濕球溫度，℃[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具焓濕圖第22頁/共58頁弧線表示相對濕度，%[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具焓濕圖第23頁/共58頁縱坐標(biāo)表示蒸汽壓力，Pa[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具焓濕圖第24頁/共58頁該斜線表示空氣容重，m3/kg[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具焓濕圖第25頁/共58頁黃色區(qū)域?yàn)闊崾孢m區(qū)間。藍(lán)色的深淺表示逐日頻率。關(guān)于舒適區(qū)間如何確定，建筑設(shè)計(jì)與氣候的關(guān)系，詳細(xì)內(nèi)容請參見：/thread-7964-1-1.html[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具焓濕圖第26頁/共58頁簡單地說，焓（Enthalpy）是表示物質(zhì)內(nèi)部具有的一種能量的物理量，也就是一個(gè)表示物質(zhì)狀態(tài)的參數(shù)，單位是kJ或kJ/kg。焓濕圖在通風(fēng)、空調(diào)工程中用來確定空氣的狀態(tài)，確定空氣的四個(gè)基本參數(shù)，包括溫度、含濕量、大氣壓力和水蒸氣分壓力與熱環(huán)境的關(guān)系。在氣候設(shè)計(jì)過程中可以借用它來比較直觀的分析和確定建筑室內(nèi)外氣候的冷、熱、干、濕情況，以及距離舒適區(qū)的偏離程度。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具焓濕圖第27頁/共58頁[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具焓濕圖第28頁/共58頁[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具焓濕圖第29頁/共58頁太陽能利用是針對一個(gè)地區(qū)室外氣候過冷時(shí)利用太陽能進(jìn)行采暖的設(shè)計(jì)方法。被動(dòng)式太陽能設(shè)計(jì)的氣候因素關(guān)鍵取決于室外的溫度和太陽輻射量。溫度過低或輻射量太小，被動(dòng)式太陽能采暖都不能夠?qū)崿F(xiàn)。除此之外，建筑設(shè)計(jì)也很大程度地影響了被動(dòng)式太陽能采暖的效果，主要包括：窗墻比、圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能與太陽能采暖效率等因素。注意：WeatherTool的焓濕圖的局限性在于：只適用于內(nèi)熱源很少的住宅類建筑。辦公類的建筑也可以參考。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具被動(dòng)式太陽能采暖第30頁/共58頁在WeatherTool的默認(rèn)條件下（如圖3-28）——Activity(人體活動(dòng)量)為靜坐，GlazingRatio(窗墻比)為20%，Insulation(圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫)為高，Efficiency(太陽能采暖效率)為平均情況。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具被動(dòng)式太陽能第31頁/共58頁在其它因素不變的情況下，僅僅將窗墻比提高到40%，被動(dòng)式太陽能采暖的效果如圖所示[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具被動(dòng)式太陽能第32頁/共58頁空氣流動(dòng)增加了人體與周圍空氣的對流換熱量以及人體的汗液蒸發(fā)量，從而使人體在熱環(huán)境下感覺舒適。前者的有效性取決于空氣的溫度，只有在空氣溫度低于皮膚表面溫度范圍（32℃-34℃）內(nèi)，提高空氣流動(dòng)的速度才能達(dá)到增加人體與周圍空氣對流的換熱量。人體蒸發(fā)散熱率取決于氣流速度與空氣的水蒸氣壓力大小。而提高空氣流速總能夠增加蒸發(fā)散熱量，只是在高的水蒸氣壓下散熱率相對減少。同時(shí)，通過自然通風(fēng)獲得舒適的程度取決于在通風(fēng)情況下人們能夠接受的最高溫度和最大空氣流速，比如，對于辦公建筑，人們不希望風(fēng)速超過1.5m/s，因?yàn)檫@個(gè)風(fēng)速能夠吹動(dòng)辦公桌上的紙張而影響人們的正常工作。而對于居住建筑內(nèi)的人們，空氣流速的上限可以高一些。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具自然通風(fēng)第33頁/共58頁在WeatherTool的默認(rèn)條件下——Activity(人體活動(dòng)量)為靜坐，AirSpeed(空氣流速)為1m/s注意：自然通風(fēng)的分析結(jié)果只有對建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻較小且外表面淺色處理過的輕質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)建筑材成立。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具自然通風(fēng)第34頁/共58頁夏季白天，建筑關(guān)閉門窗（室內(nèi)為靜風(fēng)情況下），利用墻體、屋面、地面等實(shí)體結(jié)構(gòu)的隔熱性和蓄熱性，阻止熱量進(jìn)入室內(nèi)并降低室外溫度波動(dòng)對室內(nèi)溫度的影響，使建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面接近室外平均溫度；夜間利用長波輻射散熱和自然通風(fēng)降（夜間通風(fēng)）白天圍護(hù)結(jié)構(gòu)吸收的熱量散發(fā)出去，降低其溫度，使它在第二天日間又可以作為吸熱體吸收室外的熱量。這種利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱性的被動(dòng)式降溫方式適合夏季室外溫差大的氣候區(qū)。利用高熱容的圍護(hù)結(jié)構(gòu)維持室內(nèi)舒適時(shí)，必須注意建筑外表面的做法和建筑的遮陽措施。建筑外表面最好使用太陽輻射高的淺色材料，建筑開口必須有足夠的遮陽設(shè)施，以減少室外強(qiáng)烈的太陽輻射的影響。注意：利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)蓄熱性或得室內(nèi)熱舒適的條件是：白天關(guān)閉門窗，室內(nèi)風(fēng)速接近于零的情況下，且室內(nèi)水蒸氣壓力大于室外2mmHg。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具高熱容的圍護(hù)結(jié)構(gòu)與夜間通風(fēng)第35頁/共58頁圖中紅色虛線以左的部分是單純使用高熱容圍護(hù)結(jié)構(gòu)提高的舒適度.虛線以右是同時(shí)又采用了夜間通風(fēng)都提高的舒適度。通常情況下，采用夜間通風(fēng)策略的前提就是要有高蓄熱性的圍護(hù)結(jié)構(gòu)或者附加構(gòu)件（比如室內(nèi)的水墻等），否則單獨(dú)使用這一被動(dòng)式策略效果非常有限。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具高熱容的圍護(hù)結(jié)構(gòu)與夜間通風(fēng)第36頁/共58頁蒸發(fā)降溫利用了水的汽化潛熱降溫作用，分為直接蒸發(fā)降溫與間接蒸發(fā)降溫兩種。直接蒸發(fā)降溫是指室外干燥高溫的空氣流經(jīng)水體構(gòu)件后，由于水的蒸發(fā)吸熱過程，使空氣溫度降低后流入室內(nèi)。這種方法主要用于干熱地區(qū)。間接蒸發(fā)降溫是指在建筑的表面利用太陽輻射使水蒸發(fā)而獲得自然冷卻的方法，如淋水屋面、蓄水屋面等。建筑表面間接蒸發(fā)降溫過程由于不會增加室內(nèi)的濕度，所以適合濕熱地區(qū)。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具蒸發(fā)降溫第37頁/共58頁圖中紅色虛線與黃線所包圍的區(qū)域是采用直接蒸發(fā)策略而提高的舒適度。紅色實(shí)線與黃線所包圍的區(qū)域是采用間接蒸發(fā)策略所提高的舒適度。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具蒸發(fā)降溫第38頁/共58頁注意：自然通風(fēng)和夜間通風(fēng)是兩種截然不同的通風(fēng)降溫方法，而且這兩種方法還相互排斥！自然通風(fēng)是把室外的空氣引入室內(nèi)，使風(fēng)直接吹過人的身體，加速皮膚水分的蒸發(fā)，從而使皮膚感到?jīng)鏊?，但室外溫暖的空氣?shí)際升高了室內(nèi)溫度。夜間通風(fēng)是把夜間涼爽的溫度引入室內(nèi)，把屋內(nèi)的熱量帶走，而白天幾乎不讓室外的空氣流入室內(nèi)，從而使房間得熱降低到最小。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具被動(dòng)式策略組合分析第39頁/共58頁[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具被動(dòng)式策略組合分析第40頁/共58頁[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具被動(dòng)式策略組合分析第41頁/共58頁[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具被動(dòng)式策略的節(jié)能用作被動(dòng)式策略調(diào)節(jié)第42頁/共58頁在這個(gè)圖中，表示出了風(fēng)頻（顏色深淺）、風(fēng)速（圓坐標(biāo)）、風(fēng)向（橫縱坐標(biāo)）。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具WindAnalysis第43頁/共58頁在這個(gè)圖中，表示出12月的風(fēng)頻（顏色深淺）、風(fēng)速（圓坐標(biāo)）、風(fēng)向（橫縱坐標(biāo)）。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具風(fēng)分析第44頁/共58頁這四張圖，從左到右、從上到下依次表示，風(fēng)頻，溫度，濕度，降雨量（一般建筑用氣象數(shù)據(jù)沒有這個(gè)數(shù)據(jù)）。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具風(fēng)分析第45頁/共58頁這張圖中，標(biāo)示出了除風(fēng)頻之外的全部氣象數(shù)據(jù)?？梢暬臄?shù)據(jù)，比枯燥的數(shù)據(jù)表格要清晰、直觀和美觀。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具逐時(shí)數(shù)據(jù)第46頁/共58頁逐時(shí)干球溫度分析：在圖中可以看到綿陽冬季基本在0度以上，12、1月溫度最低；7月底8月初溫度最高。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具逐時(shí)數(shù)據(jù)第47頁/共58頁逐時(shí)濕球溫度分析。[AutodeskEcotect課程2012]第二章：氣候分析工具逐時(shí)數(shù)據(jù)第48頁/共58頁逐時(shí)相對濕度分析：在圖中可以看到綿陽全年相對濕度都很大，因此設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到通風(fēng)防濕的措施。[AutodeskEcotect