1、,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.室外氣候因素 3.城市氣候 4.我國(guó)的建筑氣候 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)地區(qū)或一個(gè)地方的天氣狀況，是各種氣候因素相互作用的結(jié)果，主要由太陽輻射，大氣環(huán)境和下墊面間長(zhǎng)期的相互作用引起，具有一定的規(guī)律性。,建筑氣候：是指建筑與大氣過程間規(guī)律性的相互影響，是指與建筑有關(guān)的氣候狀況，也具有一定的規(guī)律性。,建筑氣候?qū)W：是研究建筑氣候的規(guī)律性和建筑物如何適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，合理地規(guī)劃、布局、選材、設(shè)計(jì)施工等，以創(chuàng)造適宜的室內(nèi)氣候和良好的建筑物的氣象效應(yīng)的科學(xué)。,氣候帶：根據(jù)氣候因子或氣候要

2、素具有緯向帶狀分布特征而劃分的地帶稱為氣候帶。,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)地區(qū)，按一定的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需要適當(dāng)照顧自然區(qū)或行政區(qū)，將全國(guó)或某個(gè)區(qū)域按不同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),柯本氣候分類法,斯歐克萊氣候分類法,2.室外氣候因素,2.1太陽輻射 地軸與黃道平面并非正交，而是傾斜6633。,太陽光線與地球赤道面的夾角，是隨著地球在公轉(zhuǎn)軌道上的位置、即日期的不同而變化的。 赤緯角從赤道面算起，向北為正，向南為負(fù)。,A.赤緯角及四季變化,春分時(shí)（約在3月21日），太陽光線與地球赤道面平行，赤緯為0，陽光直射赤道，并且正好切過兩極，南、北

3、半球的晝夜均等長(zhǎng)。,春分以后，赤緯逐漸增加，到夏至（約在6月22日）赤緯2327達(dá)到最大值，太陽光線垂直入射地球北緯2327地表，即北回歸線上。,到冬至（約在12月22日）赤緯 -2327達(dá)到最小值，太陽光線垂直入射地球南緯-2327地表，即北回歸線上。,B.太陽常數(shù) 在地球與太陽平均距離處，垂直于入射光線的大氣界面上單位面積上的熱輻射流Io w/m2,天文太陽常數(shù)(計(jì)算): Io=1395.6w/m2,氣象太陽常數(shù)(實(shí)測(cè)): Io=1256w/m2,C.太陽輻射在大氣中變化,太陽光譜,D太陽輻射計(jì)算 直接輻射：與太陽光線經(jīng)過大氣層距離Ly有關(guān)，與大氣組成有關(guān)，對(duì)波長(zhǎng)為的光線有： IL=I0e

4、xp(-L) 是L段中大氣對(duì)光線輻射減弱系數(shù) L sinhs=h L=h cschs,垂直面直射輻射: I=Im coshs cosr,水平面直射輻射: IH=Im sinhs,水平面散射輻射: DH= I0 sinhs -為全散射輻射系數(shù)，包括天空、地面、云層等。,垂直面散射輻射: D= 0.5DH,影響到達(dá)地面太陽輻射因素：太陽高度角、大氣透明度、地理緯度、云量、海拔高度。地面上受到的太陽輻射照度隨當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥?、大氣透明度和季?jié)及時(shí)間的不同而變化。,建筑各朝向表面的日輻射照度隨季節(jié)的變化規(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)陽光照射的時(shí)間。

5、 實(shí)際照時(shí)數(shù)：從日出到日沒一天內(nèi)實(shí)際受陽光照射的時(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的溫度。,B.氣溫的周期性變化,日周期性變化 日較差,年周期性變化、年較差,C.影響氣溫的因素,地理緯度: 太陽輻射: 地表狀況: 降水狀況: 大氣對(duì)流: 季節(jié)變化:,D.逆溫現(xiàn)象及危害 上層空氣較下層空氣熱的現(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)期沉積。 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

6、,E.地層溫度變化,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 空氣濕度周期性變化,在一日中黎明前最高，而午后最低。,相對(duì)濕度日變化：,年周期性變化：,變化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。,濕度隨高度的變化。,水蒸汽壓力：在豎向高度上的遞減量較氣壓的遞減更快，因此，水蒸汽的濃度隨著海拔高度而降低。水蒸汽壓力最大的年變化發(fā)生在季風(fēng)影響的區(qū)域內(nèi)；這些季風(fēng)從海洋上帶來了熱的濕空氣，又從內(nèi)陸帶來了干燥的空氣。 影響濕度的因素：地面性質(zhì)、太陽輻射、空氣溫度、空氣流速、降水等。,2

7、.4風(fēng),A.大氣環(huán)流 由于太陽輻射在地表分布不均，引起赤道與兩極溫差，從而引起氣流從赤道想兩極，從兩極向赤道的流動(dòng)。,地球上的大氣借助對(duì)流會(huì)將太陽能進(jìn)行再分配。圖為在不旋轉(zhuǎn)的地球 。,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)的趨勢(shì)。,（1）由于地球的旋轉(zhuǎn)，吹向赤道風(fēng)因而偏轉(zhuǎn)向西； （2）吹向兩極的風(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) 由于地方性質(zhì)不同,如水陸分布、地理起伏、地表狀況不同，引起空氣的流動(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)的描述 風(fēng)向：風(fēng)吹來的地平方向。 風(fēng)速：風(fēng)的大小稱為風(fēng)速。,先定十六個(gè)方向，再統(tǒng)計(jì)出各方向的頻率

8、，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,泉州全年風(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01.0m/s出現(xiàn)的次數(shù)，再求出該方向該范圍內(nèi)風(fēng)速的頻率。 按照畫風(fēng)玫瑰圖的方法畫出這一范圍玫瑰圖，再統(tǒng)計(jì)另一風(fēng)速范圍如12m/s出現(xiàn)次數(shù)的及計(jì)算出某出現(xiàn)頻率，按方向和比例截取線段描點(diǎn)，連接各點(diǎn)形成區(qū)域即可劃出風(fēng)速圖。,D.風(fēng)速隨高度的變化 A.與下墊面性質(zhì)有關(guān) B.隨高度增加而增加 C.可用指數(shù)形式表示V=V0(Z/Z0)n,E.我國(guó)風(fēng)向分區(qū),.季節(jié)變化型：冬夏風(fēng)向變化135度,180度。 .主導(dǎo)風(fēng)向型：全年風(fēng)向基本一致。 .無主導(dǎo)風(fēng)向型。 .準(zhǔn)靜風(fēng)型。,F.建筑物

9、周邊的風(fēng),建筑物所受風(fēng)壓,2.5 降水,降水：從大地蒸發(fā)出來的水汽進(jìn)入大氣層，經(jīng)過凝結(jié)后又降到地面上的液態(tài)或固態(tài)水分簡(jiǎn)稱降水。 描述降水性質(zhì)的參數(shù)：降水量、降水時(shí)間、降水強(qiáng)度。,影響降水的因素：氣溫、大氣環(huán)流、地形、海陸分布。 降水量：是指降落到地面的雨、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的水層厚度，以mm為單位。,降水時(shí)間：指一次降水過程從開始到結(jié)束的持續(xù)時(shí)間，單位h或min。 降水強(qiáng)度：指單位時(shí)間內(nèi)的降水量，等級(jí)以24小時(shí)的總量（mm）表示。小雨:10mm，中雨:1025mm，大雨:2550mm，暴雨:50100mm。,我國(guó)降水分布特點(diǎn),(1)從東南沿海向西北內(nèi)陸減少。 (

10、2)山地多于平地,迎風(fēng)多于背風(fēng)。 (3)與地形與風(fēng)型有關(guān)。,降水與山系,太平洋沿海的帕羅阿托(Palo Alto )向東橫過海濱山脈和內(nèi)華達(dá)山(Sierra Navada)至內(nèi)華達(dá)沙漠(Navada desert) A.多雨區(qū)在山脈的近陸地。B.最大雨量出現(xiàn)在山脈的中央西斜坡。,3.城市氣候,3.1城市的形成,3.2現(xiàn)代城市的特點(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的特殊底層墊面。 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)生排放的地方。 C.是垃圾廢物、塵埃、有毒和有害氣體產(chǎn)生和排放的中心。,3.3城市氣候概念及特點(diǎn) A.概

11、念 城市氣候是指某一地區(qū)在城市化后，由于人口高度密集，眾多建筑物構(gòu)成特殊下墊面，高強(qiáng)度的經(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他人類生產(chǎn)和生活的影響，改變了該地區(qū)原有的區(qū)域氣候狀況，形成一種與城市周圍不同的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，削弱太陽輻射。 （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)的輻射式街道,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)濕度的日

12、振幅比郊區(qū)大。. （5）城區(qū)降水量增多。有豐富的冷結(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。大量塵埃粒引起。,3.4城市區(qū)域熱環(huán)境調(diào)節(jié) 借助于數(shù)學(xué)模型可以模擬部分因素對(duì)氣溫的可能影響，并對(duì)造成的可能最大影響程度作了初步的估計(jì)。 通過合理的城市規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)，可以對(duì)城市區(qū)域熱環(huán)境的改善起到很好作用。城市干道的走向不僅影響日照，而且對(duì)太陽輻射熱和風(fēng)速有明顯影響，這些都是對(duì)局部區(qū)熱環(huán)境起作用的主要因子。因而根據(jù)本區(qū)域的主導(dǎo)風(fēng)向等因素規(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)的建筑氣候,A.區(qū)劃意義 概括出各地區(qū)的氣候特點(diǎn)，起到： （1）適應(yīng)不

13、同氣候條件 （2）明確各地建筑的基本要求 （3）為建筑城規(guī)劃提供所需的氣候參數(shù) （4）合理利用當(dāng)?shù)氐臍夂蛸Y源,改善和提高城市與建筑環(huán)境質(zhì)量,充分發(fā)揮建設(shè)投資的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。,4.1建筑氣候區(qū)劃的意義和分級(jí),7個(gè)一級(jí)區(qū)(、)，反映大差別。以氣溫、相對(duì)濕度、降水為指標(biāo)。 20個(gè)二級(jí)區(qū)（ A、 B、 C) 小差別。,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),區(qū)以7月平均氣溫和日較差為二級(jí)指標(biāo),區(qū)以7月平均氣溫和最大風(fēng)速為二級(jí)指標(biāo),區(qū)以最大風(fēng)速為二級(jí)指標(biāo),區(qū)以1月平均氣溫為二級(jí)指標(biāo),區(qū)以1月和7月平均氣溫為二級(jí)指標(biāo),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)

14、,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的天數(shù)為輔助指標(biāo)。,5.建筑的氣候適應(yīng)性,嚴(yán)寒地區(qū)(圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚重、門窗小、密閉性）,蒙古苞：圓形可使相同空間的表面積最小，熱量散失最小,愛基斯摩人圓頂雪屋：剖面及其中的溫度分層現(xiàn)象,寒冷地區(qū)（較大的圍合爭(zhēng)取日照，阻擋冷風(fēng)）,窯洞是利用地層溫度穩(wěn)定,夏熱冬冷地區(qū)：（江南水鄉(xiāng)，潮濕，遮陽和通風(fēng)),夏熱冬暖地區(qū)：（廣西，夏季遮陽十分重要),福建：臺(tái)風(fēng)的適應(yīng),濕熱地區(qū)：通風(fēng)、架空、防潮、防蟲,傣族竹樓,馬來群島的草屋,干熱地區(qū)：（沙漠，圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚重，衰減溫度波，被動(dòng)蒸發(fā)降溫

15、利用）,蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng)用例-總統(tǒng)別苑,哈桑法塞（Hassan Fathy）設(shè)計(jì)的位于埃及Kalabash的總統(tǒng)別苑：向下通風(fēng)的蒸發(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（Pliny Fisk）設(shè)計(jì)的德克薩斯州拉雷多（Laredo）的拉雷多藍(lán)圖示范農(nóng)場(chǎng)，采用了兩個(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)吸收空氣的熱量、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（ 英國(guó)）,西班牙塞維利亞 EXPO92英國(guó)館 建筑規(guī)模：2800,建筑概況 該館是1992年西班牙塞維利亞世界博覽會(huì)的英國(guó)館，博覽會(huì)共有110個(gè)國(guó)家參展，多數(shù)展館的設(shè)計(jì)師是費(fèi)盡心力去表達(dá)其所代表的國(guó)家的文化內(nèi)涵。格雷姆肖不是簡(jiǎn)單地從建筑的形式表征下功夫，而是從氣候控制和環(huán)境保護(hù)出發(fā)，創(chuàng)造性地整合技術(shù)與自然、藝術(shù)、文脈等的關(guān)系，表達(dá)了設(shè)計(jì)師對(duì)生態(tài)問題的強(qiáng)烈關(guān)注。 英國(guó)館占地寬36.6m、長(zhǎng)61m，面積2800m。坐西朝東，朝向不利。,分析圖,創(chuàng)作原點(diǎn) 塞維利亞是歐洲最熱的城市，夏季的最高溫度常常高達(dá)45，晝夜溫差可達(dá)20以上，夏季降雨極少。博覽會(huì)在夏季舉行，如果用常規(guī)意義上的空調(diào)手段，將消耗大量的能源，因此對(duì)氣候