城市風(fēng)環(huán)境課件

教師：胡華中南大學(xué)?建筑與城市規(guī)劃系城市物理1教師：胡華中南大學(xué)?建筑與城市規(guī)劃系城市物理1第一節(jié)風(fēng)的類型第二節(jié)城市低空風(fēng)的垂直變化第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四節(jié)風(fēng)環(huán)境與建筑設(shè)計(jì)第四章

城市風(fēng)環(huán)境第四章城市風(fēng)環(huán)境2第四章城市風(fēng)環(huán)境第四章城市風(fēng)環(huán)境2一、風(fēng)、季風(fēng)、臺風(fēng)、龍卷風(fēng)的形成1.季風(fēng)季風(fēng)，是海陸溫度不同引起氣壓差異而形成的風(fēng)，隨季節(jié)而變化。一般對季風(fēng)有以下較嚴(yán)格的定義：我國處于東亞季風(fēng)區(qū)內(nèi)，盛行風(fēng)向隨季節(jié)變化有很大差別，甚至相反：冬季盛行東北氣流，華北——東北為西北氣流，夏季盛行西南氣流；中國東部——日本還盛行東南氣流2.臺風(fēng)3.龍卷風(fēng)第一節(jié)風(fēng)的類型第四章城市風(fēng)環(huán)境3一、風(fēng)、季風(fēng)、臺風(fēng)、龍卷風(fēng)的形成第一節(jié)風(fēng)的類型第四二、地形風(fēng)概念：由于地形的起伏、各種地表材料對太陽輻射吸收率的差異、材料熱容量的不同，產(chǎn)生各小區(qū)域之間的溫差和各小區(qū)域之間的氣壓差，因而形成局部性的地形風(fēng)。類型：海陸風(fēng)：山谷風(fēng)：后院風(fēng)、花園風(fēng)、林園風(fēng)街巷風(fēng)：中庭風(fēng)：第一節(jié)風(fēng)的類型第四章城市風(fēng)環(huán)境4二、地形風(fēng)第一節(jié)風(fēng)的類型第四章城市風(fēng)環(huán)境4三、城市化對風(fēng)的影響1.城市的地面風(fēng)1）摩擦使城市風(fēng)速減小，但有一臨界風(fēng)速值城市由于建筑物參差不齊，有效地增大了近地層的粗糙度，對低層氣流產(chǎn)生摩擦效應(yīng)，使流經(jīng)城區(qū)的氣流受阻減速?！芭R界風(fēng)速”：當(dāng)城市盛行風(fēng)速低于或者高于某一風(fēng)速時，城市內(nèi)部的風(fēng)速就高于或者低于城市盛行風(fēng)速，則這一風(fēng)速就稱為“臨界風(fēng)速”。

如北京1，4，10月的臨界風(fēng)速為lm／s，7月的臨界風(fēng)速為4m／s。第一節(jié)風(fēng)的類型第四章城市風(fēng)環(huán)境5三、城市化對風(fēng)的影響第一節(jié)風(fēng)的類型第四章城市風(fēng)環(huán)境第一節(jié)風(fēng)的類型第四章城市風(fēng)環(huán)境廣州城市年平均風(fēng)速分布(m／s)（1994）6第一節(jié)風(fēng)的類型第四章城市風(fēng)環(huán)境廣州城市年平均風(fēng)速分2）街道風(fēng)城市建筑物由于受熱不均勻而產(chǎn)生局部熱力環(huán)流，稱“街道風(fēng)”。3）城市峽谷效應(yīng)產(chǎn)生“急流”4）當(dāng)氣流與建筑物垂直時，產(chǎn)生渦流5）城市風(fēng)分布不均勻，時大時小，陣性大，風(fēng)向不定第一節(jié)風(fēng)的類型第四章城市風(fēng)環(huán)境72）街道風(fēng)第一節(jié)風(fēng)的類型第四章城市風(fēng)環(huán)境72.城市熱島環(huán)流第一節(jié)風(fēng)的類型第四章城市風(fēng)環(huán)境晴天，大范圍風(fēng)速較小時，存在城市熱島時，城區(qū)大氣層結(jié)不穩(wěn)定，暖而輕的空氣上升，地面形成低壓，產(chǎn)生指向城區(qū)的氣壓梯度力。四周郊區(qū)較冷的空氣向城區(qū)輻合，上升到高空輻散，向郊外流出并下沉，引起局地環(huán)流，稱城市熱島環(huán)流。城市熱島環(huán)流模式熱島環(huán)流加強(qiáng)城市內(nèi)部污染。強(qiáng)熱島區(qū)及出現(xiàn)強(qiáng)熱島的季節(jié)，空氣污染最為嚴(yán)重。82.城市熱島環(huán)流第一節(jié)風(fēng)的類型第四章城市風(fēng)環(huán)境晴圖3-3旭日市城市風(fēng)與污染濃度→表示風(fēng)向；30，50，100為污染濃度；(容積百分率，％)熱島環(huán)流加強(qiáng)城市內(nèi)部污染。強(qiáng)熱島區(qū)及出現(xiàn)強(qiáng)熱島的季節(jié)，空氣污染最為嚴(yán)重。9圖3-3旭日市城市風(fēng)與污染濃度熱島環(huán)流加強(qiáng)城市內(nèi)部污染。一、城市湍流運(yùn)動湍流：大氣的無規(guī)則運(yùn)動城市湍流擾動強(qiáng)度可用水平風(fēng)向的脈動方差表示第二節(jié)城市低空風(fēng)的垂直變化第四章城市風(fēng)環(huán)境水平風(fēng)向脈動方差δ(θ)湍流速度脈動方差δ(γ)為平均風(fēng)速案例：廣州水平風(fēng)向脈動方差δ(θ)日平均值以夏季(7月)為最大，達(dá)12.1o，冬季(1月)水平風(fēng)向脈動方差δ(θ)日平均值最小，僅8.1o，尤其在夜間20時至次日早晨前后，δ(θ)平均值≤7.5。10一、城市湍流運(yùn)動第二節(jié)城市低空風(fēng)的垂直變化第四章城市風(fēng)二、城郊近地氣層風(fēng)的垂直變化

地面摩擦隨高度的增加而減小，風(fēng)隨高度增加而增大，風(fēng)向順時針偏轉(zhuǎn)。三、城市低空風(fēng)垂直變化的計(jì)算1.風(fēng)速的對數(shù)率公式（主要針對150米以下低空）

如果下墊面均勻：第二節(jié)城市低空風(fēng)的垂直變化第四章城市風(fēng)環(huán)境z1，z2為兩個不同的離地面高度(m)；u1，u2為對應(yīng)于z1，z2高度上的風(fēng)速(m／s)；z0為平均粗糙度11二、城郊近地氣層風(fēng)的垂直變化第二節(jié)城市低空風(fēng)的垂直變化第2.風(fēng)速的指數(shù)率公式主要針對150米以上高空第二節(jié)城市低空風(fēng)的垂直變化第四章城市風(fēng)環(huán)境Z為任意高度(m)；U為對應(yīng)z高度上的風(fēng)速(m／s)；Z1為離地面l0m左右的高度，即常規(guī)氣象觀測站的測風(fēng)器高度；U1為對應(yīng)z1高度上的風(fēng)速，一般為已知；P為指數(shù)指數(shù)p：①p隨地面粗糙度的增大而減小，地面越粗糙p越小；②p隨穩(wěn)定度增大而增大。③p隨風(fēng)速增大而減小。穩(wěn)定度級別極不穩(wěn)定不穩(wěn)定弱不穩(wěn)定中性穩(wěn)定p值0.10.150.20.250.3風(fēng)速／(m／s)0~22.1~4.04.1~6.0p值0.50.220.18122.風(fēng)速的指數(shù)率公式第二節(jié)城市低空風(fēng)的垂直變化第四章一、風(fēng)的作用

1.增加城市生活的舒適度

2.減少城市的污染程度二、盛行風(fēng)與城市規(guī)劃第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)環(huán)境風(fēng)向玫瑰圖：是在極坐標(biāo)圖上繪出一地在一年中各種風(fēng)向出現(xiàn)的頻率。因圖形與玫瑰花朵相似，故名?！帮L(fēng)向玫瑰圖”是一個給定地點(diǎn)一段時間內(nèi)的風(fēng)向分布圖。通過它可以得知當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向。最常見的風(fēng)向玫瑰圖是一個圓，圓上引出16條放射線，它們代表16個不同的方向，每條直線的長度與這個方向的風(fēng)的頻度成正比。靜風(fēng)的頻度放在中間。有些風(fēng)向玫瑰圖上還指示出了各風(fēng)向的風(fēng)速范圍。13一、風(fēng)的作用第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)環(huán)境風(fēng)盛行風(fēng)劃分為5大類型：1.季節(jié)變化型2.主導(dǎo)風(fēng)向型3.雙主導(dǎo)風(fēng)向型4.無主導(dǎo)風(fēng)向型5.準(zhǔn)靜止風(fēng)型第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)環(huán)境14第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)環(huán)境141.季節(jié)變化型（包括“雙主導(dǎo)風(fēng)向型”）

在季風(fēng)區(qū)，風(fēng)向隨季節(jié)轉(zhuǎn)換而變化，冬、夏季主導(dǎo)風(fēng)風(fēng)向風(fēng)頻相當(dāng)，但方向相反或接近相反。解決辦法：城市規(guī)劃布局時要盡量避開冬夏對吹的風(fēng)向，選擇最小風(fēng)頻方向；工業(yè)區(qū)、居民區(qū)并排布局在與盛行風(fēng)垂直的方向，并用防護(hù)林隔離；山區(qū)城市建廠選南北走向的谷地。第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)環(huán)境151.季節(jié)變化型（包括“雙主導(dǎo)風(fēng)向型”）第三節(jié)城市風(fēng)場第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)環(huán)境南昌：春、秋、冬季均以N（北）風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向，出現(xiàn)頻率分別為16.4%、23.2%、21.5%；夏季以SW（西南）風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向，出現(xiàn)頻率為12.8%。四季靜風(fēng)出現(xiàn)頻率分別為25.9%、24.8%、21.4%、26.6%。南昌市工業(yè)園區(qū)布局最好設(shè)在西北方向。16第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)環(huán)境南昌：春、秋、2.主導(dǎo)風(fēng)向型主導(dǎo)風(fēng)向型的地區(qū)，全年吹一個風(fēng)向的風(fēng)。解決辦法：有污染的工廠企業(yè)宜布置在主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)方，居住區(qū)置上風(fēng)方；山區(qū)城市選與風(fēng)向平行的山谷第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)環(huán)境172.主導(dǎo)風(fēng)向型第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)污染系數(shù)Fi：某風(fēng)向風(fēng)頻與該風(fēng)向平均風(fēng)速的比，稱污染系數(shù)。污染風(fēng)頻Ri：某方向污染風(fēng)頻，為該方向污染系數(shù)與該地總平均風(fēng)速的乘積。3.無主導(dǎo)風(fēng)向型

無主導(dǎo)風(fēng)向的地區(qū)，全年風(fēng)向不定，應(yīng)著重考慮風(fēng)速、風(fēng)頻。第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)環(huán)境Fi為污染系數(shù)，表示來自i方位的污染程度；fi為i方位的風(fēng)向頻率；ui為i方向的平均風(fēng)速；為該地的總平均風(fēng)速解決辦法：污染源的工廠應(yīng)布設(shè)在污染風(fēng)頻最低的方位。18污染系數(shù)Fi：某風(fēng)向風(fēng)頻與該風(fēng)向平均風(fēng)速的比，稱污染系數(shù)。34.準(zhǔn)靜止風(fēng)型全年靜風(fēng)頻率50%以上，年平均風(fēng)速1.0m/s以下，這種類型的地區(qū)，稱為小風(fēng)或準(zhǔn)靜止風(fēng)型區(qū)。解決辦法：有污染的工廠企業(yè)宜置于一定衛(wèi)生防護(hù)距離以外。衛(wèi)生距離的確定方法：計(jì)算污染源排放污染物的最大落地濃度和這個濃度的著地距離第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)環(huán)境國家標(biāo)準(zhǔn)：《工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離標(biāo)準(zhǔn)》194.準(zhǔn)靜止風(fēng)型第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)衛(wèi)生距離的確定方法：計(jì)算污染源排放污染物的最大落地濃度和這個濃度的著地距離。煙源下風(fēng)方地面上污染物質(zhì)最大濃度計(jì)算公式為：最大濃度出現(xiàn)位置離源距離計(jì)算公式為：第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)環(huán)境20衛(wèi)生距離的確定方法：第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市三、局地環(huán)流與城市規(guī)劃城市所在區(qū)域的局地環(huán)流，例如海陸風(fēng)、山谷風(fēng)等；城鄉(xiāng)熱力場的差異所形成的城市熱島環(huán)流，又稱“城市風(fēng)”或“鄉(xiāng)風(fēng)”；城市內(nèi)建筑物與街道受熱不均勻所產(chǎn)生的小環(huán)流，又稱“街道風(fēng)”，或由于建筑物對氣流的機(jī)械阻障作用而使氣流發(fā)生改變。第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)環(huán)境21三、局地環(huán)流與城市規(guī)劃第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城1.海陸風(fēng)、山谷風(fēng)的影響工廠企業(yè)和居住區(qū)均平行海岸(垂直海陸風(fēng)方向)布置，污染機(jī)會最小;工廠可置谷風(fēng)的上風(fēng)方向，居住區(qū)置下風(fēng)方向，受污染仍較?。ㄖ饕枪蕊L(fēng)利于污染物質(zhì)的擴(kuò)散）;城市處于季風(fēng)區(qū)，有污染的工廠企業(yè)宜置于與季風(fēng)風(fēng)向一致的南北走向谷地，使風(fēng)速加大，有利于污染擴(kuò)散;城市處于主導(dǎo)風(fēng)型區(qū)，則選與當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向平行的山谷布置有污染的工廠企業(yè)，以利于通風(fēng)。第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)環(huán)境221.海陸風(fēng)、山谷風(fēng)的影響第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四2.熱島環(huán)流的影響熱島環(huán)流使城市的污染加重，應(yīng)在污染企業(yè)與城市之間規(guī)劃建設(shè)環(huán)城防護(hù)林帶。3.局地氣流的影響在高大建筑的背風(fēng)面形成渦流，容易形成污染物質(zhì)聚集。第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城市風(fēng)環(huán)境232.熱島環(huán)流的影響第三節(jié)城市風(fēng)場與城市規(guī)劃第四章城一、單體建筑形態(tài)與風(fēng)我國主導(dǎo)風(fēng)向：季風(fēng)型，夏季風(fēng)偏南建筑布局：坐南朝北影響：屋后漩渦、室內(nèi)風(fēng)速第四節(jié)

風(fēng)環(huán)境與建筑設(shè)計(jì)第四章城市風(fēng)環(huán)境風(fēng)向投射角室內(nèi)風(fēng)速降低值屋后漩渦長度0o03.75H30o133.00H45o301.50H60o501.50H24一、單體建筑形態(tài)與風(fēng)第四節(jié)風(fēng)環(huán)境與建筑設(shè)計(jì)第四章城市風(fēng)第四節(jié)

風(fēng)環(huán)境與建筑設(shè)計(jì)第四章城市風(fēng)環(huán)境建筑高度與漩渦區(qū)的關(guān)系

建筑長度與漩渦區(qū)的關(guān)系建筑深度與漩渦區(qū)的關(guān)系1.建筑形態(tài)與其屋后渦流25第四節(jié)風(fēng)環(huán)境與建筑設(shè)計(jì)第四章城市風(fēng)環(huán)境建筑高度與漩渦區(qū)第四節(jié)

風(fēng)環(huán)境與建筑設(shè)計(jì)第四章城市風(fēng)環(huán)境不同幾何形體的建筑物在不同風(fēng)向下背風(fēng)面的漩渦1.建筑形態(tài)與其屋后渦流高度增加，渦流厚度加大寬度增加，渦流寬度隨之增加，厚度也有所增加建筑進(jìn)深小，其后渦流厚度大26第四節(jié)風(fēng)環(huán)境與建筑設(shè)計(jì)第四章城市風(fēng)環(huán)境不同幾何形體的建2.促進(jìn)自然通風(fēng)的措施主要的使用房間應(yīng)該盡量布置在夏季的迎風(fēng)面，輔助房間可以布置在背風(fēng)面，并以建筑構(gòu)造與輔助措施改善通風(fēng)效果。開口部位的位置應(yīng)該盡量使室內(nèi)空氣場的布置均勻，并且力求風(fēng)能夠吹過房間中的主要使用空間。炎熱期較長的地區(qū)建筑物的開口面積宜大，以爭取自然通風(fēng)。夏熱冬冷地區(qū)，建筑物的洞口不宜太大，可以用調(diào)節(jié)洞口面積的方法，調(diào)節(jié)氣流速度和流量。門窗的相對位置應(yīng)該以貫通為好，減少氣流的迂回和阻力?？v向間隔墻在適當(dāng)?shù)牟课婚_設(shè)通風(fēng)口或者設(shè)置可以調(diào)節(jié)的通風(fēng)構(gòu)造。利用天井、小亭、樓梯間等增加建筑內(nèi)部的開口面積，并利用這些開口引導(dǎo)氣流組織自然通風(fēng)。第四節(jié)

風(fēng)環(huán)境與建筑設(shè)計(jì)第四章城市風(fēng)環(huán)境272.促進(jìn)自然通風(fēng)的措施第四節(jié)風(fēng)環(huán)境與建筑設(shè)計(jì)第四章城炎熱期較長的地區(qū)建筑物的開口面積宜大，以爭取自然通風(fēng)。夏熱冬冷地區(qū)，建筑物的洞口不宜太大，可以用調(diào)節(jié)洞口面積的方法，調(diào)節(jié)氣流速度和流量。28炎熱期較長的地區(qū)建筑物的開口面積宜大，以爭取自然通風(fēng)。夏熱冬292930303.單體建筑周圍風(fēng)的基本形態(tài)風(fēng)的形態(tài)有兩種基本模式：層流——空氣各質(zhì)點(diǎn)很有規(guī)律地等速平行移動，我們可以預(yù)知其風(fēng)速和風(fēng)的流動路徑。紊流——空氣各質(zhì)點(diǎn)不規(guī)則地運(yùn)動，測定紊流的速度和壓力必須取各時間間隔的數(shù)值進(jìn)行平均，而對紊流各質(zhì)點(diǎn)的瞬間速度則很難準(zhǔn)確測定。第四節(jié)

風(fēng)環(huán)境與建筑設(shè)計(jì)第四章城市風(fēng)環(huán)境313.單體建筑周圍風(fēng)的基本形態(tài)第四節(jié)風(fēng)環(huán)境與建筑設(shè)計(jì)第建筑單體周圍的氣流變化室外的層流遇到建筑物的阻礙時，大約在墻面高度的1/2處，層流分成向上氣流和向下氣流，左右方向則分成左右兩支氣流。當(dāng)層流流經(jīng)建筑物的隅角部，會產(chǎn)生氣流的剝離現(xiàn)象，氣流與建筑物剝離，風(fēng)速則沿著剝離流線加強(qiáng)，形成建筑物周圍的強(qiáng)風(fēng)區(qū)。沿著建筑物迎風(fēng)面?zhèn)葔γ娴臍饬鞯轿蓓敽?，氣流發(fā)生剝離，然后其受層流上層的壓力，逐漸下降3~6H(建筑的高度)的程度，然后到達(dá)地面，恢復(fù)原來的層流現(xiàn)象。在建筑的背后會產(chǎn)生回流紊流，沿墻面上升也會產(chǎn)生紊流氣流。層流風(fēng)吹過建筑物后會在建筑物的背后形成渦動區(qū)域。建筑物橫向的風(fēng)，在剝離之后，有下降的趨勢，下降氣流與下部的風(fēng)合流會形成強(qiáng)力的風(fēng)帶，輕則影響行人的步行，重則可以破壞建筑物，這就是平常所說的高樓風(fēng)。建筑物在迎風(fēng)側(cè)承受正壓，在背風(fēng)側(cè)承受負(fù)壓，這兩者之間存在的壓力差往往決定著紊流的流向。第四節(jié)

風(fēng)環(huán)境與建筑設(shè)計(jì)第四章城市風(fēng)環(huán)境32建筑單體周圍的氣流變化第四節(jié)風(fēng)環(huán)境與建筑設(shè)計(jì)第四章城市第四節(jié)

風(fēng)環(huán)境與建筑設(shè)計(jì)第四章城市風(fēng)環(huán)境當(dāng)建筑物的高度(H)等于建筑物的縱深(D)時，建筑物的面寬(L)越寬，其反應(yīng)點(diǎn)的距離(E)就越長，直到L/H=5時，E才趨于常值。當(dāng)建筑物的面寬(L)等于建筑物的縱深(D)，H／L>3時，E/L=1.4~1.6，說明高層建筑雖然其建筑高度很高，但是氣流可以通過建筑物的兩側(cè)較便捷地到達(dá)建筑物的背后，不受建筑高度的影響。豎高形態(tài)的高層建筑對風(fēng)的阻礙性較小。當(dāng)建筑物的高度(H)等于面寬(L)時，有兩種現(xiàn)象：一是當(dāng)D/H非常小時，即建筑物很薄，E=2.5H。另一種情