建築外環(huán)境*為什麼要考慮建築外環(huán)境?

建築物所在地的氣候條件，會通過圍護結構，直接影響室內(nèi)的環(huán)境，為得到良好的室內(nèi)氣候條件以滿足人們生活和生產(chǎn)的需要，必須瞭解當?shù)馗髦饕獨夂蛞氐淖兓?guī)律及其特徵。一個地區(qū)的氣候是在許多因素綜合作用下形成的。對建築密切有關的氣候要素有：太陽輻射、氣溫、濕度、風、降水等等。 *本章內(nèi)容要點宏觀氣候

太陽輻射作用與地球氣候特點地球繞日運動規(guī)律太陽輻射室外氣候大氣壓力、風、氣溫、天空溫度、地溫、濕度、降水微觀氣候

人類營造活動形成的局部微氣候城市風場、城市熱島、建築日照我國氣候分區(qū)特點*第一節(jié)地球繞日運動的規(guī)律

經(jīng)度和緯度倫敦格林威治天文臺經(jīng)線或子午線緯線東經(jīng)西經(jīng)北緯南緯180°90°0°0°*90W北京時間倫敦時間90E某地的真太陽時T當?shù)氐溺婂l時間T0就是忽略了時差e的當?shù)仄骄枙r。問題：西安的真太陽時和北京時間差多少?第一節(jié)地球繞日運動的規(guī)律時區(qū)當?shù)貥藴蕰r經(jīng)度太陽與地球距離變化造成的偏差*0

0

+2327-2327第一節(jié)地球繞日運動的規(guī)律

太陽的位置與日照的關係赤緯：太陽光線與地球赤道平面之間的夾角赤緯d北回歸線南回歸線*南北回歸線北極圈66

33

北回歸線23

27

*赤緯和太陽高度角有什麼區(qū)別？

時角和太陽方位角有什麼區(qū)別？太陽高度角太陽方位角sin

=cos

cos

hcos

+sin

sin

sinA=cos

sinh/cos

*第二節(jié)

太陽輻射可見光紫外線近紅外線長波紅外線*太陽總輻射能量比例

太陽常數(shù)1353W/m2：大氣層外的輻射強度進入大氣層後被反射和吸收，光譜成分有所改變，輻射強度有所改變。太陽高度角是重要影響因素。*大氣層對太陽輻射的吸收

超短波

X射線和其他一些超短波射線在通過電離層時，被O2、N2及其它大氣成分強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)點的散射，使得天空呈現(xiàn)藍色紫外線被大氣中的臭氧所吸收長波被CO2和水蒸氣等溫室氣體所吸收剩下的可見光＋近紅外線*落到地球上的太陽輻射能量

由三部分組成直射輻射：為可見光和近紅外線散射輻射：被大氣中的水蒸汽和雲(yún)層散射，為可見光和近紅外線大氣長波輻射：大氣（水蒸汽和CO2）吸收後再向地面輻射，為長波輻射。在日間比例很小，可以忽略。所謂太陽總輻射照度一般僅包括前兩部分*太陽輻射能的去向*50％到達地面*太陽輻射能與太陽高度角I0*大氣層品質(zhì)

m地球表面處法向太陽直射輻射照度：IN=I0Pmm=L’/L=1/sin

大大

＝30

為什麼太陽高度角接近0o和90o時垂直面的日射量都??？大氣層品質(zhì)＝1大氣層品質(zhì)＝2*太陽日總輻射照度與朝向地點：北緯40°*關於太陽高度角

太陽高度角與太陽通過的路徑長度密切相關，從而影響日射強度。太陽高度角低則日射強度小冬季太陽高度角低，夏季太陽高度角高清晨和傍晚太陽高度角低，中午太陽高度角高高緯度地區(qū)太陽高度角低，低緯度地區(qū)太陽高度角高*太陽高度角冬夏不同*大氣透明度

定義：I1/I0=P=exp(-kL)，P＝1最透明變化範圍：0.65~0.75，在一個月份的晴天中可近似認為是常數(shù)我國將大氣透明度作了6個等級的分區(qū)，1級最透明

東京晴天的大氣透明度逐月值大氣層消光係數(shù)*我國的大氣透明度分區(qū)6544332*第三節(jié)室外氣候

自然的微氣候

大氣壓力

風

空氣溫度

有效天空溫度

地層溫度

空氣濕度

降水*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，變化範圍5％以內(nèi)海平面大氣壓力稱作標準大氣壓，為101325Pa或760mmHg*大氣壓力變化平均氣壓隨緯度分佈

氣壓日變化（2‰）*風

風的成因大氣環(huán)流：造成全球各地差異赤道和兩極溫差造成地方風：造成局部差異，以一晝夜為週期地方性地貌條件不同造成，如海陸風、山谷風、庭院風、巷道風等季風：造成季節(jié)差異，以年為週期海陸間季節(jié)溫差造成，冬季大陸吹向海洋，夏季海洋吹向大陸*大氣環(huán)流

赤道得到太陽輻射大於長波輻射散熱，極地正相反。地表溫度不同是大氣環(huán)流的動因，風的流動促進了地球各地能量的平衡。盈餘區(qū)域短缺區(qū)域淨增益淨損失輻射增益區(qū)隨緯度基本不變占地面積40％過渡區(qū)占地面積36％損失區(qū)占地面積36％*

風的測量

測量開闊地面10m高處的風向和風速作為當?shù)氐挠^測數(shù)據(jù)Vmet

風速有梯度，地面為0m/s，可認為按冪函數(shù)規(guī)律分佈，如高度h處：邊界層厚度氣象站0.14市中心0.33*蒲福風力等級表*風玫瑰圖某地的風向頻率分佈實線為全年，虛線為7月份某地一年的風速頻率分佈*北京地區(qū)的風玫瑰圖

粗線：全年細實線：冬季，12~2月份虛線：夏季，6~8月份*海陸風和山谷風*空氣溫度

主要指距地面1.5m高，背陰處的空氣溫度。

空氣與地表面以導熱、對流和長波輻射形式進行熱交換而被加熱或冷卻

以對流為主。對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，誰是誘因？夜間地表溫度降低與空氣溫度降低，誰是誘因？白天和夜間的空氣垂直分佈應該是怎麼樣的？*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200~300km降低1℃。年較差與緯度的關係太陽輻射和日氣溫變化*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，最低氣溫一般出現(xiàn)在淩晨4~5時*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。*原因

地面有冷源1.夜間長波輻射2.附近有較低溫的海風吹來逆溫層正常的溫度梯度：地表熱，高空冷*空氣溫度的局部效應

受地面反射率、夜間輻射、氣流、遮陽等影響，離建築物越遠，溫度越低*空氣溫度的局部效應

霜洞效應：窪地冷空氣聚集造成氣溫低於地面上的空氣溫度*有效天空溫度大氣層吸收10％以上的太陽輻射和來自地面的反射輻射，並向地面進行長波輻射（5～8

m及13

m以上）地表有效輻射：地面與大氣層之間的輻射換熱QR

QR＝Qg－Qsky

＝σ(

Tg4

－Tsky4

)地表的黑度波爾茲曼常數(shù)地表溫度有效天空溫度*有效天空溫度參考文獻：劉森元，黃遠峰：天空有效溫度的探討，《太陽能學報》，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*地層溫度表面溫度的變化取決於太陽輻射和對天空的長波輻射，可看作是週期性的溫度波動地層表面的月平均溫度波動幅度基本等於室外月平均氣溫波動的幅度：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，有衰減和延遲；1.5m後日變化被濾掉；一定深度後便成為恒溫層，溫度比全年氣溫平均溫度高1～2℃。*地層溫度恒溫層溫度*地層溫度

未考慮地熱的影響，可以採用付立葉導熱微分方程來求地層在週期溫度作用下的溫度場。假定地殼是一個半無限大的物體，有：邊界條件為過餘溫度 ℃

A是地層表面溫度的波幅(℃)，Z是波動週期(小時)。*地層溫度

深度達到某一個部位，最熱月時此處的溫度反而低於該點的全年平均溫度，而在最冷月時，該點的溫度要高於全年平均溫度。如果考慮地熱的影響，深度每增加1米，地層平均溫度一般就會增加1/30℃左右。但與當?shù)氐刭|(zhì)條件有關。未考慮地熱影響的*濕度

來源

水體蒸發(fā)植物蒸發(fā)影響因素

地面性質(zhì)水體分佈季節(jié)陰晴

水蒸汽分壓力冬季較低，夏季較高濕熱地區(qū)：15~20mbar

寒冷和沙漠地區(qū)：

2mbar

日變化較小，季節(jié)變化較大內(nèi)陸地區(qū)夏季：上午9~10時和晚上9~10時最高，淩晨和午後最低沿海地區(qū)夏季和各地秋冬季：日變化與氣溫日變化一致*濕度日變化絕對濕度一日中相對穩(wěn)定

相對濕度與氣溫變化反相*濕度年變化

內(nèi)陸和沿海地區(qū)差別較大*降水

大地蒸發(fā)的水分進入大氣層，凝結後又回到地面，包括雨、雪、冰雹等降水強度：24小時的降水總量，單位mm(或cm)

影響因素氣溫地形大氣環(huán)流海陸分佈*我國降水分佈

我國降水基本集中在夏季，長江流域在夏初有“梅雨”

降雪集中在北緯35°以北*第四節(jié)城市氣候

社區(qū)風場城市熱島建築佈局與日照*此處易聚集垃圾社區(qū)風場

形成機理建築物對來流風的阻礙和聚集作用社區(qū)內(nèi)太陽輻射導致各表面存在溫差而形成的自然對流不當風場的危害冬季造成熱負荷增加高風速影響人員行動夏季自然通風不良*社區(qū)風場

建築的佈局對社區(qū)風環(huán)境有重要的影響。北京，在北風來流7.6m/s時，局部1.5m高處出現(xiàn)10m/s的高風速北*風場的3-D圖：1.5m高處北*合理建築佈局對社區(qū)風場的改善北風冬季主導風向夏季主導風向南風*合理的

社區(qū)風場

建築佈局風場模擬北北*城市熱島

熱島強度：熱島中心氣溫減去同時間同高度（距地1.5m高處）附件遠郊的氣溫的差值。單位：℃*倫敦的城市熱島

倫敦地區(qū)冬季月均熱島強度達到6.7℃（12F）*北京的城市熱島

北京80年代初城市熱島強度為夏季1.5℃，冬季5℃。家用空調(diào)的普及和車輛的劇增必然導致近年夏季熱島強度增加。1983年1月26～27日1982年7月*城市熱島的成因

自然條件市內(nèi)風速、對天空長波輻射：建築佈局影響對天空角係數(shù)和風場雲(yún)量：市區(qū)內(nèi)雲(yún)量大於郊區(qū)太陽輻射：市內(nèi)大氣透明度低下墊面的吸收和反射特性、蓄熱特性：地面材料、植被、水體的設置人為影響：“人為熱”交通、家用電器、炊事產(chǎn)熱空調(diào)採暖產(chǎn)熱*城市熱島的成因*城市熱島的成因：下墊面的影響不同下墊面的反射和吸收比不同下墊面的地表面溫度下墊面對氣溫的影響磚石地面草地裸露的土地蒸發(fā)漫反射反射反射漫反射蒸發(fā)漫反射反射*局部熱島效應來流風向

某體育中心原設計方案，建築外表面的大螢幕設置導致局部熱島強度達4℃。*城市熱島與逆溫層

由於自然對流的作用，在地面以上一定高度內(nèi)形成了一個溫度隨高度上升的穩(wěn)定的“逆溫層”，使污染物處於低溫區(qū)域，妨礙了污染物向上部的擴散，加劇了城市的污染程度?！澳鏈貙印钡挠绊懝爣c熱島強度有關，在大城市可達500m高，小城市約為50m。*

城市熱島與CTTC模型

建築群熱時間常數(shù)ClusterThermalTimeConstant以色列H.SwaidandM.E.Hoffman提出，對建築採取了二維簡化，將建築群簡化成為週期性起伏的“城市峽谷”改進CTTC模型：Elnahas和Williamson

基準(背景)溫度太陽輻射造成的空氣溫升

夜間對天空長波輻射造成的空氣溫降

空氣團的溫度

氣象站市區(qū)*北京某新建社區(qū)的熱島模擬

日平均熱島強度/白天熱島強度老區(qū)2/1.6℃1.4/0.5℃S2區(qū)2/1.7℃2.1/1.6℃S3區(qū)1.6/0.9℃1.8/1.1℃1.7/0.8℃*北京某新建社區(qū)的熱島模擬S2區(qū)臨馬路，S3區(qū)綠化好，老區(qū)建築佈局不通風*設置水景對熱島強度的影響*建築佈局與日照

日照的作用冬季採暖：充分利用太陽能自然採光需要：適當?shù)纳⑸漭椛湫睦硇枰憾帐覂?nèi)光斑對人的心理有積極作用影響因素緯度：決定太陽高度角和日射強度建築佈局：決定遮擋情況目標冬天儘量多：但太陽高度角低易被遮擋夏天儘量少：但太陽高度角高不易被遮擋*建築佈局與日照

日影終日日影：一天中都沒有日照永久日影：終年沒有日照建築佈局與日照建築的互遮擋：不同建築物相互遮擋建築的自遮擋：建築物一部分被另一部分遮擋*8:00建築的互遮擋

冬至日的情況8:009:0016:0014:0013:0012:0011:0010:00終日日影區(qū)15:00北*永久日影

紅線區(qū)內(nèi)為永久日影區(qū)，終年沒有日照*日照的作用

日照過少導致人體產(chǎn)生的褪黑色素增加，引起精神憂鬱

紫外線殺菌，促進合成維生素D導致皮膚癌可見光獲得照明紅外線帶來輻射熱能*有關日照的規(guī)範與標準日照間距

為了得到充分的日照，南北方向相鄰的樓間距不得低於一定限值

適用於南北行列式排列的板式建築北京39

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冬至日*城市居住區(qū)規(guī)劃設計規(guī)範規(guī)定建築氣候區(qū)劃Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、VII氣候區(qū)Ⅳ氣候區(qū)Ⅴ、Ⅵ

氣候區(qū)大城市中小城市大城市中小城市日照標準日大寒日冬至日日照時數(shù)(h)≥2≥3≥1有效日照時間帶(h)8～169～15日照時間計算起點底層窗臺面*城市居住區(qū)規(guī)劃設計規(guī)範規(guī)定主要城市不