《建筑環(huán)境學》PPT課件.ppt

1、第2章 建筑外環(huán)境,雖然我們的研究對象以室內(nèi)環(huán)境為主，但由于室內(nèi)環(huán)境，尤其是熱濕環(huán)境受室外的影響非常大，所以有必要了解外環(huán)境,外環(huán)境是怎樣影響室內(nèi)環(huán)境的,為什么要了解外環(huán)境,第2章 建筑外環(huán)境 建筑外環(huán)境知識框架,地球運行基本知識,建筑外環(huán)境,太陽位置表示方法,太陽輻射能與日照,日照間距與日影計算,室外氣象參數(shù),城市氣候,中國氣候環(huán)境,設(shè)計中室外參數(shù)的選用,地質(zhì)環(huán)境,水環(huán)境,植被,氣溫、濕度、風、降水等,太陽輻射,氣候環(huán)境,特征,氡的形成過程,地熱,2.1 建筑環(huán)境中的太陽輻射 2.1.1 地球運行的基本知識,經(jīng)度,緯度,北緯,南緯,東經(jīng),西經(jīng),經(jīng)線,緯線,倫敦格林威治天文臺,180,0,0,

2、90,北京時間,地球每轉(zhuǎn)1 需要4分鐘,黃道面等分24段，每段15天，即為1個節(jié)氣，全年有24個節(jié)氣,2.1 建筑環(huán)境中的太陽輻射 2.1.1 地球運行的基本知識,地球的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn),當?shù)靥枙r（真太陽時）：太陽在當?shù)卣蠒r為12點，地球自轉(zhuǎn)一周又回到正南時為一天。 地區(qū)標準時間：規(guī)定在一定經(jīng)度范圍內(nèi)使用一種標準時間。如世界時間（本初子午線/格林威治天文臺），北京時間（東京120/東8時區(qū),標準時所處經(jīng)度 120,當?shù)亟?jīng)度 11319 12126,當?shù)靥枙r 11:33 12:06,地區(qū)標準時 12:00,廣州 上海,兩地時差,2.1 建筑環(huán)境中的太陽輻射 2.1.1 地球運行的基本知識,計算某

3、時刻日照時應(yīng)按標準時還是真太陽時,2.1 建筑環(huán)境中的太陽輻射 2.1.1 地球運行的基本知識,赤緯的存在，使得地球白晝時間不同,式22,表21 式21,二十四節(jié)氣的由來 地球繞太陽為一偏心率很小的橢圓軌跡運行，這一偏心橢圓引起的實際太陽時與理論計算的差值，對每一節(jié)氣則用平均時差，對于每日采用e，實際太陽時可采用,地球上存在某一天終日見不到太陽的地方嗎,幾個重要角度,2.1 建筑環(huán)境中的太陽輻射 2.1.2 太陽位置的表示方法,太陽位置計算式,太陽位置= f（地理位置、季節(jié)、時間,太陽高度角,太陽方位角,2.1 建筑環(huán)境中的太陽輻射 2.1.2 太陽位置的表示方法,可用否,1) 電磁波,建筑環(huán)

4、境工學FIG1-23,6000K黑體,大氣層外,黑體373K （100,單色輻射力,波長（ m,可見光,紅外線,紫外線,遠紅外,323K （50,273K （0,單色輻射力,地面 緯度：30,0.380.76 m,7.0,45.6,45.2,2.2,2.1.3 太陽輻射能與日照,基本常識,此比例逐年上升,紫外線,1353W/m2,1025W/m2,太陽總輻射的20億分之一,地球：大頭針的針頭,籃球,太陽常數(shù)I0 ： .垂直平面； .大氣層外邊界； .單位輻射能,2)太陽常數(shù),進入大氣層后被反射和吸收，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,距離：籃球場的長度,到達地面的太

5、陽輻射,大氣層外邊界,到達地面,基本常識,2.1.3 太陽輻射能與日照,I0,IN,I1,L=L/sin,L,I0,正午和傍晚地面受照情況圖,2.1.3 太陽輻射能與日照,輻射路徑距離的影響1,不同緯度水平面上太陽輻射,時刻/h,不同緯度受照情況,2.1.3 太陽輻射能與日照,輻射路徑距離的影響2,太陽輻射強度/Wm-2,日照過少導致人體產(chǎn)生的褪黑色素增加，引起精神憂郁 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,2.1 建筑環(huán)境中的太陽輻射 2.1.3 太陽輻射能與日照,日照作用,臭氧層及其破壞的主要原因,未破壞時：臭氧層主要吸收0.32 m紫外線,C

6、FCs、Cl原子等,臭氧濃度,反應(yīng)消耗O3,紅外線：0.77-4 m范圍的紅外線（熱效果強）是左右氣溫的主要原因,紫外線進入地球表面,2.1.3 太陽輻射能與日照,紫外線與紅外線的主要作用,避免日照：防止室內(nèi)過熱（炎熱地區(qū)的夏季），避免眩光和防止化學作用的建筑（展覽、閱讀、藥品管理）； 爭取日照：病房、幼兒活動室，住宅要求日照以得到良好的衛(wèi)生條件，使房間冬季能得到太陽輻射以提高室溫,2.1 建筑環(huán)境中的太陽輻射 2.1.4 日照間距,日照的避免與保證,日照時間：太陽日出至太陽日落照射到建筑物窗口的時間，一般采用冬至日或大寒日日照時間作為設(shè)計條件,日照面積：與日照時間概念相同，但更接近于室內(nèi)日照

7、實際情況一般應(yīng)滿足：0.40m2/人,日照率：實際日照時數(shù)與可照時數(shù)與的之比。我國各地全年的日照率大小排序：西北、華北、東北為第一，華南及長江中下游居次，四川盆地、貴州東部和兩湖盆地最少。反映什么特性,朝向設(shè)計,窗戶面積保證,2.1 建筑環(huán)境中的太陽輻射 2.1.4 日照間距,日照保證,哪個要求嚴？為什么,日照間距計算,日照間距：即：計算日正午時前棟建筑的陰影,D0:H0：一般1:1.1與緯度及建筑等方位有關(guān),日照時間與日照面積均可通過上式計算,緯度,D0:H0,上海,北京,長春,深圳：23.5,取決于，A,日影概念：終日日影、永久日影 遮擋： 互遮擋、自遮擋,南北相鄰間距,2.1.4 日照間

8、距,垂直面日影計算,建筑日照設(shè)計,衛(wèi)生要求,冬季獲取日照 夏季避免日照,日射得熱,日照,日照時間 日照面積 遮陽計算,建筑間距,室內(nèi)日照設(shè)計,計算方法,日照間距,防火間距 采光間距 交通間距,2.1 建筑環(huán)境中的太陽輻射 2.1.4 日照間距,日照在建筑設(shè)計中的作用,太陽能利用,建筑環(huán)境工程設(shè)計,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.1 室外氣象參數(shù),自然微氣候的形成 大氣壓力 空氣溫度、有效天空溫度 空氣濕度 風 降水,城市氣候,中國氣候分區(qū),氣溫1. 基本常識,氣溫： 距1.5m高處的空氣溫度 垂直遞減率：平均為：0.6/100m 逆溫現(xiàn)象： t(H2) t(H1), H2 H1,海洋性

9、氣候,相對濕度,溫度,12 1415,0,日較差,濕球溫度,max,tmax,2.2.1 室外氣象參數(shù),DTR: Diurnal temperature range,氣溫1. 基本常識,2.2.1 室外氣象參數(shù),溫度,12 1415,0,任何室外溫度變化都可以用多階諧波的組合表示,工程簡化計算,夏季空調(diào)室外計算溫度,夏季室外計算日平均溫度,年較差與緯度的關(guān)系,太陽輻射和氣溫變化,30N,年較差,2.2.1 室外氣象參數(shù),緯度年較差,峰值延遲,氣溫2. 日較差與峰值,ATR: Annual Temperature Range,微氣候,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

10、的空氣溫度,受地面反射率、夜間輻射、氣流、遮陽等影響，離建筑物越遠，溫度越低，相對濕度越高,2.2.1 室外氣象參數(shù),氣溫3. 外微氣溫,Td 、Ta 地表溫度、地面1.52.0m高處的氣溫；K。 Pa空氣中水蒸汽分壓力；mbar。 S日照率，與云量有關(guān),有效天空溫度：Tsky，計算公式有許多，其中有,2.2.1 室外氣象參數(shù),氣溫4. 影響氣溫的主要因素,來源 水體蒸發(fā) 植物蒸發(fā) 影響因素 地面性質(zhì) 水體分布 季節(jié) 陰晴,水蒸汽分壓力 冬季較低，夏季較高 濕熱地區(qū)：1520 mbar 寒冷和沙漠地區(qū)： 2 mbar 日變化較小，季節(jié)變化較大 內(nèi)陸地區(qū)夏季：上午910時和晚上910時最高，凌晨

11、和午后最低 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1. 基本知識,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.1 室外氣象參數(shù),相對濕度與氣溫變化反相,濕度2. 日變化,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.1 室外氣象參數(shù),年變化 內(nèi)陸和沿海地區(qū)差別較大,濕度3. 年變化,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.1 室外氣象參數(shù),廣州,北京,年平均78,年平均56,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，變化范圍5以內(nèi) 海平面大氣壓力稱作標準大氣壓，為101325 Pa 或 760 mmHg,大氣壓力,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.1 室外氣

12、象參數(shù),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，以一晝夜為周期 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，以年為周期 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,大氣壓差,風1. 風的成因,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.1 室外氣象參數(shù),赤道得到太陽輻射大于長波輻射散熱，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,風2. 大氣環(huán)流1,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.1 室外氣象參數(shù),地球的自轉(zhuǎn)把赤道上空向兩極流動的氣流變成西風,自轉(zhuǎn),東,西,風2. 大氣環(huán)流2,2.

13、2.1 室外氣象參數(shù),放熱,蓄熱,低谷,低谷,風3. 海陸風和山谷風,類型： 1.季節(jié)變化主導風向； 2.主導風向； 3.雙主導風向； 4.無主導風向； 5.準靜止風,某地的風向頻率分布 實線為全年，虛線為7月份,某地一年的風速頻率分布,風特性的兩個要素,風玫瑰圖風向頻率、風速頻率,2.2.1 室外氣象參數(shù),風4. 風玫瑰圖1,風向（16個方位） 風速,粗線： 全年 細實線： 冬季，122月份 虛線： 夏季，68月份,風向頻率分布： 實線為全年， 虛線為7月份,北京,2.2.1 室外氣象參數(shù),風4. 風玫瑰圖2,蒲福風力等級表,2.2.1 室外氣象參數(shù),風5. 風速分級表,式中：Vh 高度為h

14、處的風速，m/s； V0 基準高度為h0處的風速， m/s；一般取10m處風速； n 指數(shù)，與周圍環(huán)境有關(guān)。市區(qū)，n值取0.20.5；空曠或臨海地區(qū)n值取0.14左右,不同高度風速不同，城市高層建筑設(shè)計時尤為重要。一般高度與風速的關(guān)系，可按以下經(jīng)驗公式估算,氣象臺測風速高度,風6.高層建筑,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.1 室外氣象參數(shù),降水量：指降落到地面的雨、雪、冰雹等融化后，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。 降水時間：指一次降水過程從開始到結(jié)束的持續(xù)時間，用h，min來表示。 降水強度：指單位時間內(nèi)的降水量。降水量的多少是用雨量筒和雨量計測定的。降水

15、強度的等級，以24小時的總量（mm）來劃分：小雨10；中雨1025；大雨2550；暴雨50100,降水度量參數(shù),2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.1 室外氣象參數(shù),我國降水量大體由東南向西北遞減。因受季風的影響，雨量都集中在夏季，變化率很大，強度可觀。年雨量變化也很大。 北京最大年雨量近110cm，最小年雨量不足20cm。華南地區(qū)季風降水從5月到10月，長江流域6-9月，梅雨是長江流域夏初氣候上的一個特殊現(xiàn)象，其特征是雨量緩而范圍廣，延續(xù)時間長，雨期20-25天左右。珠江口和臺灣南部7、8月多暴雨，一般出現(xiàn)范圍小，持續(xù)時間短,影響因素： 氣溫、地形、大氣環(huán)流、海陸分布,降水分布規(guī)律,2.

16、2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.1 室外氣象參數(shù),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,我國降水分布,降水分布狀況,2.2.1 室外氣象參數(shù),自然條件 市內(nèi)風速、對天空長波輻射：建筑布局影響對天空角系數(shù)和風場 云量：市區(qū)內(nèi)云量大于郊區(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(shè)置 人為影響：“人為熱” 交通、家用電器、炊事產(chǎn)熱 空調(diào)采暖產(chǎn)熱,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.2 城市氣候,城市氣候的形成,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),

17、漫反射,反射,反射,漫反射,蒸發(fā),漫反射,反射,下墊面的影響,2.2.2 城市氣候,城市外微氣候,由于自然對流的作用，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”，使污染物處于低溫區(qū)域，妨礙了污染物向上部的擴散，加劇了城市的污染程度?！澳鏈貙印钡挠绊懛秶c熱島強度有關(guān)，在大城市可達500m高，小城市約為50m,城市熱島與逆溫層,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.2 城市氣候,熱島現(xiàn)象,罩蓋作用,污染,逆溫現(xiàn)象,氣溫,大氣透明度,霧多,蒸發(fā),風速減小,風玫瑰圖只能參照,雨水,相對濕度,地面干燥,陰雨氣候,汽車尾氣等（NOX+CHX,刺激作用眼睛紅腫喉嚨疼痛,淺藍色煙霧“光

18、化學污染,NOX+CHX+O2+ O3,紫外線到達地面,NOX+H2O+O3+CFC+O2、O3,皮癌患者,制冷劑 CFCs、HCFCs,臭氧層破壞,50500m,向大氣,城市熱島的形成,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.2 城市氣候,熱島強度：熱島中心氣溫減去同時間同高度（距地1.5 m高處）附件遠郊的氣溫的差值。單位,熱島強度,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.2 城市氣候,倫敦地區(qū)冬季月均熱島強度達到6.7（12 F,熱島強度 倫敦,2.2.2 城市氣候,熱島強度 事例,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,熱

19、島強度北京,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.2 城市氣候,北京某新建小區(qū)的熱島模擬,熱島模擬結(jié)果,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.2 城市氣候,城市風場特點,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.2 城市氣候,不同下墊面風速與地表溫度（氣溫29-30時,常用城市氣象參數(shù),2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.2 城市氣候,空氣污染指數(shù) 人體舒適度指數(shù)寒冷指數(shù)、炎熱指數(shù) 紫外線指數(shù) 高溫預警,空氣污染指數(shù)與空氣質(zhì)量級別,2.2.2 城市氣候,城市氣象參數(shù)：空氣污染指數(shù),常用城市氣象參數(shù)空氣污染指數(shù),2.2.2 城市氣候,總懸浮顆粒物TSP （或可吸入顆粒物PM10） 氮氧化合

20、物NOX （或二氧化氮NO2） 二氧化硫SO2,常規(guī)監(jiān)測的空氣污染物的濃度,單一的概念性數(shù)值形式,空氣質(zhì)量狀況與空氣污染的程度,簡化,分級,按,API1,表2-14,API3,濃,度,表2-13,空氣質(zhì)量、健康影響程度、適應(yīng)場所,例2-3,評價結(jié)論,常用城市氣象參數(shù)其他指數(shù),2.2.2 城市氣候,人體舒適度指數(shù)等級與人體感受及其舒適度的關(guān)系,人體舒適度指數(shù)、寒冷指數(shù)、 炎熱指數(shù),常用城市氣象參數(shù)其他指數(shù),2.2.2 城市氣候,紫外線指數(shù),紫外線指數(shù)（等級）對人體的可能影響,高溫預警,災害性天氣,藍色,黃色,橙色,紅色,高溫預警,橙色,紅色,tmax37,tmax40,氣候特征,2.2 建筑外環(huán)

21、境中的氣候環(huán)境 2.2.3 中國的氣候環(huán)境,季風氣候,我國和地球同緯度地區(qū)平均氣溫比較表（單位：,季節(jié)交替鮮明、雨季鮮明、年較差大,南北溫差大,北方冬長且寒、南方夏長且熱,表2-18： 年均溫：漠河/-4 ； 全年最高：廣州/21.7,年較差：最?。?2.1 、最大：49.1,地理因素,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.3 中國的氣候環(huán)境,南北緯度跨度大：1853/35（含海洋40 ） 西沙16，黑龍江愛輝50；經(jīng)度：佳木斯130，咯什76，氣候各異。 海陸差別大：東臨太平洋/海洋性氣候， 西北大陸/干造性大陸氣候 高度差距大：西高東低 第1階梯：西部： 4000m 第2階梯：中部： 1

22、000m 第3階梯：平原、丘陵：500m 地形復雜,我國緯度、海陸、高差、地形等相差大 不同氣候條件，房屋建筑要求也不相同,兩個分區(qū)標準 “民用建筑設(shè)計規(guī)范”（GB5017693）的5個建筑熱工設(shè)計分區(qū) 主要用于建筑熱工設(shè)計 民用建筑（住宅、學校、醫(yī)院、旅館） “建筑氣候區(qū)劃標準”（GB5017893）的7個建筑氣候區(qū)劃分區(qū) 工業(yè)與民用建筑 主要用于建筑及規(guī)劃設(shè)計,氣候分區(qū),2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.3 中國的氣候環(huán)境,2.4 我國氣候分區(qū) 兩個分區(qū)劃分區(qū)別,5個建筑熱工設(shè)計分區(qū),7個建筑氣候區(qū)劃分區(qū),GB5017693,GB5017893,主要指標,累年最冷月(1月)最熱月(7

23、月)平均溫度,累年最冷月(1月)最熱月(7月)平均溫度、7月平均相對濕度,輔助指標,累年日平均溫度5和25的天數(shù),年降水量、累年日平均溫度5和25的天數(shù),1級,2級,2個分區(qū)劃分區(qū)別,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.3 中國的氣候環(huán)境,夏熱冬冷區(qū),夏熱冬暖區(qū),溫和地區(qū),寒冷地區(qū),嚴寒地區(qū),嚴寒地區(qū),嚴寒地區(qū),寒冷地區(qū),寒冷地區(qū),建筑熱工設(shè)計分區(qū),I區(qū),II區(qū),III區(qū),IV區(qū),V區(qū),VII區(qū),VI區(qū),建筑氣候區(qū)劃標準的分區(qū)法,全國建筑熱工設(shè)計分區(qū)圖,區(qū) 區(qū) 區(qū) 區(qū) 區(qū),上海,北京,張家口,西寧,烏魯木齊,廣州,?？?成都,沈陽,大連,蘭州,南寧,福州,昆明,貴陽,亞熱帶,高原氣候區(qū),暖

24、溫帶,暖溫帶,中溫帶,中溫帶,寒溫帶,熱帶,稀樹草原 的建筑,蒙古包,2.2.3 中國的氣候環(huán)境,不同氣候區(qū)的建筑特征,嚴寒地區(qū),2.2.3 中國的氣候環(huán)境,不同氣候區(qū)的建筑特征,四合院建筑冬季有效地利用了太陽能采暖和抵御北風與風沙的侵襲，屋頂設(shè)計避免了夏季室內(nèi)過熱,冬季寒冷、干燥，風沙較大，夏季又偏熱,四合院/北京,寒冷地區(qū),2.2.3 中國的氣候環(huán)境,不同氣候區(qū)的建筑特征,四合院,一般南向開大窗、北向開小窗，并有適當?shù)奶糸埽谠簝?nèi)形成適宜的的小氣候,寒冷地區(qū),2.2.3 中國的氣候環(huán)境,不同氣候區(qū)的建筑特征,夏熱冬冷區(qū)（陜北,窯洞建筑,陜北地坑窯,突尼斯窯洞,延安窯洞,2.2.3 中國的氣

25、候環(huán)境,夏熱冬暖區(qū)（云南,竹樓建筑,云南干闌竹樓：防雨，防濕和防熱,不同氣候區(qū)的建筑特征,濕熱地區(qū),2.2.3 中國的氣候環(huán)境,不同氣候區(qū)的建筑特征,沙漠地區(qū)民居,不保證率、不保證時間概念,2.2 建筑外環(huán)境中的氣候環(huán)境 2.2.4 采暖通風空調(diào)設(shè)計中室外參數(shù)的選用,采用室外設(shè)計參數(shù)設(shè)計HVAC系統(tǒng)，保證房間達到設(shè)計參數(shù)。 不保證率是指每年有一定的時間比例其室外參數(shù)不能保證房間設(shè)計參數(shù)， 這一定的時間就是不保證時間，室外計算參數(shù)就是按不保證率或不保證時間確定,不同工程性質(zhì)采用的室外計算溫度不同,2.2.4 采暖通風空調(diào)設(shè)計中室外參數(shù)的選用,夏季空調(diào)室外計算逐時溫度,表2-21,地質(zhì)環(huán)境是如何影響外環(huán)境的,2.3 建筑外環(huán)境中的其它環(huán)境* 2.3.1 地質(zhì)環(huán)境,地質(zhì)環(huán)境,含有各種元素（包含有益的、有害的,可以提供礦產(chǎn)、能量,人類對地質(zhì)