第二章建筑外環(huán)境第1頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三建筑外環(huán)境的學(xué)習(xí)意義建筑外環(huán)境通過(guò)建筑影響室內(nèi)的建筑環(huán)境建筑環(huán)境學(xué)的任務(wù)了解各種內(nèi)、外部因素是如何影響建筑室內(nèi)環(huán)境的為得到良好的室內(nèi)建筑環(huán)境以滿足人們生活和生產(chǎn)的需要，首先必須了解建筑外環(huán)境的變化規(guī)律及其特征。第2頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三構(gòu)成外環(huán)境的氣候要素溫度濕度太陽(yáng)輻射風(fēng)降水地溫有效天空溫度第3頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三建筑外環(huán)境的基本特點(diǎn)太陽(yáng)輻射是決定地球宏觀氣候和微觀氣候的主要因素太陽(yáng)輻射是影響室內(nèi)環(huán)境最重要的氣候因素太陽(yáng)輻射因時(shí)、因地變化第4頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三本章內(nèi)容太陽(yáng)輻射室外氣候我國(guó)氣候分區(qū)建筑微氣候建筑物及人的生產(chǎn)、生活活動(dòng)對(duì)局部微氣候影響太陽(yáng)輻射作用以及地球宏觀氣候的特點(diǎn)

第5頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三可見(jiàn)光紫外線近紅外線長(zhǎng)波紅外線太陽(yáng)輻射電磁作用太陽(yáng)輻射第6頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三太陽(yáng)輻射波譜及能量近紅外線：0.76μm～3.0μm，45.2%遠(yuǎn)紅外線：3.0μm～，2.2%可見(jiàn)光：0.38μm-0.76μm，45.6%紫外線：0.2μm-0.38μm，7.0%太陽(yáng)輻射第7頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三問(wèn)題太陽(yáng)投射給地球表面能量的大?。刻?yáng)輻射第8頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三太陽(yáng)與地球的相對(duì)位置地球直徑1.27萬(wàn)千米，太陽(yáng)直徑是地球110倍太陽(yáng)離地球的平均距離約1.5億千米照射到地球的太陽(yáng)光線是平行的太陽(yáng)輻射第9頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三太陽(yáng)輻射第10頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三太陽(yáng)入射到地平面的入射角變化空間時(shí)間太陽(yáng)輻射第11頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三影響因素決定地球上被照面太陽(yáng)輻射大小的因素垂直面的太陽(yáng)輻射照度太陽(yáng)光線與被照面的入射角大氣的吸收與反射太陽(yáng)輻射第12頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三太陽(yáng)常數(shù)太陽(yáng)輻射照度：1m2黑體表面在太陽(yáng)輻射下所獲得的輻射能通量，W/m2某處的地球大氣層外，太陽(yáng)與地球的年平均距離處，與太陽(yáng)光線垂直的表面上的太陽(yáng)輻射照度是常數(shù)，太陽(yáng)常數(shù)，I0=1353W/m2太陽(yáng)輻射第13頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三入射角的變化太陽(yáng)位置：地球上某一點(diǎn)所看到的太陽(yáng)方向空間地理位置時(shí)間季節(jié)時(shí)刻接受面的朝向（方位）太陽(yáng)輻射第14頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三太陽(yáng)位置的表示太陽(yáng)高度角：太陽(yáng)光線與地平面之間的夾角太陽(yáng)方位角：太陽(yáng)光線在地平面上的投影與南向（當(dāng)?shù)刈游缇€）的夾角，偏西為正，偏東為負(fù)。太陽(yáng)高度角太陽(yáng)方位角太陽(yáng)輻射第15頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三地理位置緯度（）季節(jié)赤緯（d）時(shí)刻時(shí)角（h）太陽(yáng)高度角和方位角的計(jì)算sin=cos

coshcosd+sin

sindsinA=cosdsinh/cos

太陽(yáng)高度角、方位角的影響因素太陽(yáng)輻射第16頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三高緯度地區(qū)太陽(yáng)高度角低，低緯度地區(qū)太陽(yáng)高度角高。清晨和傍晚太陽(yáng)高度角低，中午太陽(yáng)高度角高。冬季太陽(yáng)高度角低，夏季太陽(yáng)高度角高。關(guān)于太陽(yáng)高度角的認(rèn)識(shí)太陽(yáng)輻射第17頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三關(guān)于太陽(yáng)方位角的認(rèn)識(shí)夏季冬季太陽(yáng)輻射第18頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三水平面上的直射輻射照度垂直面上的直射輻射照度坡度為Θ平面上的直射輻射照度太陽(yáng)輻射強(qiáng)度與太陽(yáng)入射角太陽(yáng)輻射第19頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三太陽(yáng)高度角太陽(yáng)輻射強(qiáng)度與太陽(yáng)入射角太陽(yáng)輻射第20頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

北緯40°總輻射強(qiáng)度的年變化趨勢(shì)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度與朝向太陽(yáng)輻射第21頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的影響因素入射角接受面的朝向（方位）太陽(yáng)高度角太陽(yáng)方位角大氣層的削弱程度？入射角大氣透明度（地理位置、季節(jié)、日期）第22頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的作用云層的反射各種氣體分子、塵埃、微小水珠的散射大氣氣體（氧、臭氧、二氧化碳和水蒸氣）的吸收反射、散射和吸收的共同影響，使到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射照度大大削弱，輻射光譜也因此發(fā)生了變化

太陽(yáng)輻射能的去向太陽(yáng)輻射第23頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三落到地球的太陽(yáng)輻射能量三部分組成直射輻射：為可見(jiàn)光和近紅外線散射輻射：被大氣中的水蒸汽和云層散射，為可見(jiàn)光和近紅外線大氣長(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)總輻射強(qiáng)度一般僅包括前兩部分太陽(yáng)輻射第24頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三距離大氣層上邊界線x處，與太陽(yáng)光線垂直的表面上(即太陽(yáng)法向)的太陽(yáng)直射輻射照度的梯度與其本身強(qiáng)度成正比

太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化規(guī)律dIx

=-kIxIx=I0exp(-kx)IL=I0exp(-kL)太陽(yáng)位于天頂P=IL/I0IN=I0Pm太陽(yáng)不位于天頂m=L’/L=1/sinIs,z=INsin水平面上的太陽(yáng)直射強(qiáng)度Ic,z=INcoscos（A+α）垂直面上的太陽(yáng)直射強(qiáng)度dx法線太陽(yáng)輻射第25頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三大氣透明度的變化范圍主要在0.65～0.75之間變化，但在一個(gè)月份的晴天中可近似認(rèn)為是常數(shù)。P越接近1，大氣越清澈。Il=I0exp(-kL)P=Il/I0m=L’/L=1/sink：?jiǎn)挝缓穸却髿鈱酉庀禂?shù)，m-1P：大氣透明度m：大氣質(zhì)量某城市晴天條件下大氣透明度的變化幾個(gè)參數(shù)的定義太陽(yáng)輻射第26頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)室外氣候風(fēng)溫度濕度降水有效天空溫度地溫室外氣候第27頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三風(fēng)風(fēng)由于大氣壓差所引起的大氣水平方向的運(yùn)動(dòng)風(fēng)的種類大氣環(huán)流地方風(fēng)風(fēng)的成因地表增溫不同室外氣候第28頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三大氣環(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36％室外氣候第29頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三地方風(fēng)由于地表水陸分布、地勢(shì)起伏、地面覆蓋等地方性條件所引起的海陸風(fēng)山谷風(fēng)季風(fēng)室外氣候第30頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第31頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三梯度風(fēng)下墊面對(duì)氣流的摩擦作用，風(fēng)速沿垂直方向存在梯度，地面為0m/s，可認(rèn)為按冪函數(shù)規(guī)律分布邊界層厚度取決于地表粗糙度邊界層厚度氣象站0.14市中心0.33室外氣候第32頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三風(fēng)的表示—風(fēng)玫瑰圖某地的風(fēng)向頻率分布實(shí)線為全年，虛線為7月份某地一年的風(fēng)速頻率分布室外氣候第33頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三空氣溫度主要指距地面1.5m高，背陰處的空氣溫度。室外氣候第34頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三空氣溫度的日變化

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2~3時(shí)，最低氣溫一般出現(xiàn)在凌晨4~5時(shí)室外氣候第35頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三空氣溫度的年變化

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。第36頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三氣溫變化的原因空氣與地表面以導(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，對(duì)太陽(yáng)輻射幾乎是透明體。地面與空氣的熱量交換（對(duì)流換熱）是氣溫升降的直接原因空氣溫度是如何產(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？室外氣候第37頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三氣溫變化的影響因素主要的影響因素入射到地面上的太陽(yáng)輻射熱量地表覆蓋面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收和反射性能大氣對(duì)流的作用室外氣候第38頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三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室外氣候第39頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三空氣溫度的垂直分布正常情況空氣溫度隨高度的增加而降低空氣容易產(chǎn)生垂直和水平的流動(dòng)，空氣層處于不穩(wěn)定狀態(tài)逆溫狀況空氣的溫度隨高度而增加對(duì)自然對(duì)流有很強(qiáng)的抑止作用，空氣層處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)第40頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三逆溫層正常的溫度梯度：地表熱，高空冷原因

地面有冷源夜間長(zhǎng)波輻射白天的晴朗無(wú)風(fēng)會(huì)加劇附近有較低溫的海風(fēng)吹來(lái)工業(yè)城市的人為散熱會(huì)加劇第41頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三濕度來(lái)源

水體蒸發(fā)植物蒸發(fā)特點(diǎn)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室外氣候第42頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三濕度

年變化內(nèi)陸和沿海地區(qū)差別較大室外氣候第43頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三降水大地蒸發(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)流海陸分布室外氣候第44頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三大氣逆輻射室外氣候大氣逆輻射：大氣層中的CO2、H2O、臭氧等氣體分子吸收太陽(yáng)輻射和地面的反射輻射，具有一定溫度，投向地面的長(zhǎng)波輻射熱，波長(zhǎng)范圍主要集中在5～8μm及13μm以上。大氣逆輻射起到保存地球熱量的作用，對(duì)于地面熱量平衡具有很大的意義。第45頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三有效天空溫度地面與大氣層之間的輻射換熱量將大氣層等價(jià)為黑體，采用有效天空溫度Tsky表示大氣逆輻射：有效天空溫度的影響因素云量：云量增加，逆輻射增加，有效天空輻射降低水汽量：水汽量增加，逆輻射增加，有效天空輻射降低地表溫度空氣溫度水蒸汽分壓力日照百分率室外氣候第46頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三地層溫度地層表面受到太陽(yáng)輻射和對(duì)天空的長(zhǎng)波輻射的影響，并以導(dǎo)熱方式向土壤深處傳遞地層表面的月平均溫度波動(dòng)幅度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后溫度日波動(dòng)由于衰減可忽略。15m深度后溫度年波動(dòng)可忽略，成為恒溫層（土壤深層），溫度比地面氣溫的全年平均值高1～3℃。室外氣候第47頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三地層溫度室外氣候恒溫層溫度第48頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三地層溫度深度達(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。未考慮地?zé)嵊绊懙氖彝鈿夂虻?9頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)我國(guó)氣候分區(qū)的特點(diǎn)“民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范”（GB50176－93）的五個(gè)建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)主要指標(biāo)：累年一月和七月的平均溫度輔助指標(biāo)：累年日平均溫度低于5℃和大于25℃的天數(shù)第50頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)夏熱冬冷區(qū)夏熱冬暖區(qū)溫和地區(qū)寒冷地區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)寒冷地區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)第51頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三分區(qū)名稱分

區(qū)

指

標(biāo)設(shè)

計(jì)

要

求主

要

指

標(biāo)輔

助

指

標(biāo)嚴(yán)寒地區(qū)最冷月平均溫度≤-10

C日平均溫度≤5

C的天數(shù)≥145天必須充分滿足冬季保溫要求，一

般可不考慮夏季防熱寒冷地區(qū)最冷月平均溫度-10~0

C日平均溫度≤5

C的天數(shù)90~145天應(yīng)滿足冬季保溫要求，部分地區(qū)兼顧夏季防熱夏熱冬冷地

區(qū)最冷月平均溫度0~10C，最熱月平均溫度25~30

C日平均溫度≤5C的天數(shù)0~90天，日平均溫度≥25C的天數(shù)為49~110天必須滿足夏季防熱要求，適當(dāng)兼顧冬季保溫夏熱冬暖地

區(qū)最冷月平均溫度>10C，最熱月平均溫度25~29C日平均溫度≥25

C的天數(shù)100~200天必須充分滿足夏季防熱要求，一般可不考慮冬季保溫溫和地區(qū)最冷月平均溫度0~13C，最熱月平均溫度18~25C日平均溫度≤5C的天數(shù)0~90天部分地區(qū)應(yīng)考慮冬季保溫，一般可不考慮夏季防熱建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)及設(shè)計(jì)特點(diǎn)第52頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三城市是一個(gè)人類的生產(chǎn)和生活活動(dòng)高度密集的區(qū)域建筑物交通工具建筑物本身以其高達(dá)墻面而成為一種風(fēng)障，并在地面與其他建筑物上投下陰影，都會(huì)改變?cè)撎幍臍夂驐l件，形成與農(nóng)村腹地氣候迥然不同的城市微氣候。第53頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)城市微氣候特點(diǎn)城市風(fēng)場(chǎng)與遠(yuǎn)郊不同。除風(fēng)向改變以外，平均風(fēng)速低于遠(yuǎn)郊的來(lái)流風(fēng)速。氣溫較高，形成熱島現(xiàn)象。形成大量的城市陰影。第54頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三小區(qū)風(fēng)場(chǎng)風(fēng)場(chǎng)是指風(fēng)向、風(fēng)速的分布狀況特點(diǎn)城區(qū)的平均風(fēng)速減小，邊界層高度加大局部區(qū)域的主導(dǎo)風(fēng)向與來(lái)流主導(dǎo)風(fēng)向不同高層建筑群內(nèi)產(chǎn)生局部高速流動(dòng)（風(fēng)洞效應(yīng)）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)不良第55頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三小區(qū)風(fēng)場(chǎng)建筑的布局對(duì)小區(qū)風(fēng)環(huán)境有重要的影響。北京，在北風(fēng)來(lái)流7.6m/s時(shí)，局部1.5m高處出現(xiàn)10m/s的高風(fēng)速。第56頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三小區(qū)風(fēng)場(chǎng)改變建筑布局，小區(qū)風(fēng)環(huán)境有明顯改善。第57頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三城市熱島1983年1月26～27日1982年7月熱島現(xiàn)象：城市中心的溫度高于郊區(qū)，且市內(nèi)各區(qū)的溫度也不一致，如果繪制出等溫線，就會(huì)看到與島嶼的等高線極為相似，這種氣溫分布的現(xiàn)象稱為“熱島現(xiàn)象”。第58頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三熱島強(qiáng)度熱島強(qiáng)度：熱島中心氣溫減去同時(shí)間同高度（距地1.5m高處）附件遠(yuǎn)郊的氣溫的差值。單位：℃第59頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三北京的城市熱島北京80年代初城市熱島強(qiáng)度為夏季1.5℃，冬季5℃。家用空調(diào)的普及和車輛的劇增必然導(dǎo)致近年夏季熱島強(qiáng)度增加。1983年1月26～27日1982年7月第60頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三城市熱島的成因下墊面是氣候形成的重要因素得熱散熱蓄熱人為散熱（交通、空調(diào)采暖家用電器、炊事）太陽(yáng)輻射得熱（反射率降低，得熱面積增加）潛熱散熱對(duì)流散熱長(zhǎng)波輻射散熱（周圍建筑物和天空）熱容量增加第61頁(yè)，共70頁(yè)，2023年，2月20日，星期三