建筑環(huán)境學-建筑外環(huán)境1

1、1第二章 建筑外環(huán)境2為什么要考慮建筑外環(huán)境? 建筑物所在地的氣候條件，會通過圍護結(jié)構(gòu)，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，必須了解當?shù)馗髦饕獨夂蛞氐淖兓?guī)律及其特征。 一個地區(qū)的氣候是在許多因素綜合作用下形成的。對建筑密切有關(guān)的氣候要素有：太陽輻射、氣溫、濕度、風、降水等等。3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、建筑日照 我國氣候分區(qū)特點4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

2、子午線緯線東經(jīng)西經(jīng)北緯南緯1809000590W北京時間倫敦時間90E某地的真太陽時T當?shù)氐溺姳頃r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600+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(guān)系 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7南北回歸線北極圈6633北回歸線 2327 8赤緯和太陽高度角有什么區(qū)別？時角和太陽方位角有什么區(qū)別？太陽高度角太陽方位角sin = cos cos h cos + sin sinsin A = cos s

3、in h /cos 9第二節(jié) 太陽輻射可見光紫外線近紅外線長波紅外線10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。11大氣層對太陽輻射的吸收 超短波 X射線和其它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12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

4、的水蒸汽和云層散射，為可見光和近紅外線 大氣長波輻射：大氣（水蒸汽和CO2）吸收后再向地面輻射，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13太陽輻射能的去向1450到達地面15太陽輻射能與太陽高度角I016大氣層質(zhì)量 m地球表面處法向太陽直射輻射照度：IN = I0P mm = L/L = 1/sin大大30 為什么太陽高度角接近0和90時垂直面的日射量都??？大氣層質(zhì)量1大氣層質(zhì)量217太陽日總輻射照度與朝向地點：北緯4018關(guān)于太陽高度角 太陽高度角與太陽通過的路徑長度密切相關(guān)，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

5、 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19太陽高度角冬夏不同20大氣透明度 定義：I1/I0 = P = exp (-kL)，P1 最透明 變化范圍：0.650.75，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系數(shù)21我國的大氣透明度分區(qū)654433222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23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，變化范圍5以內(nèi) 海平面大氣壓力稱作標準大

6、氣壓，為101325 Pa 或 760 mmHg24大氣壓力變化平均氣壓隨緯度分布 氣壓日變化（2） 25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，夏季海洋吹向大陸26大氣環(huán)流 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。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過渡區(qū)占地面積36損失區(qū)占地面積3627風的測量 測量開闊地

7、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 0 m/s，可認為按冪函數(shù)規(guī)律分布，如高度h處：邊界層厚度氣象站0.14市中心0.3328蒲福風力等級表29風玫瑰圖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30北京地區(qū)的風玫瑰圖31海陸風和山谷風32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布應該是

8、怎么樣的？33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 200300 km 降低1。年較差與緯度的關(guān)系太陽輻射和日氣溫變化34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23時，最低氣溫一般出現(xiàn)在凌晨45時35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。36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37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，離建筑物越遠，溫度

9、越低38空氣溫度的局部效應 霜洞效應：洼地冷空氣聚集造成氣溫低于地面上的空氣溫度39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，并向地面進行長波輻射（58m及13m以上）地表有效輻射：地面與大氣層之間的輻射換熱QR QRQgQsky ( Tg4 Tsky4 ) 地表的黑度波爾茲曼常數(shù)地表溫度有效天空溫度40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41地層溫度表面溫度的變化取決于太陽輻射和對天空的長波輻射，可看作是周期性的溫度波動地層表面的月平均溫度波動幅度

10、基本等于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后日變化被濾掉；一定深度后便成為恒溫層，溫度比全年氣溫平均溫度高12。42地層溫度恒溫層溫度43地層溫度 未考慮地熱的影響，可以采用付立葉導熱微分方程來求地層在周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： 邊界條件為過余溫度 A是地層表面溫度的波幅()，Z是波動周期(小時)。44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于該點的全年平均溫度，而在最冷月時，該點的溫度要高于全年平均溫度。 如果考慮地熱的影響，深度每增加1

11、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(guān)。未考慮地熱影響的45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46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 47濕度 年變化 內(nèi)陸和沿海地區(qū)差別較大48降水 大地蒸發(fā)的水分進入大氣層，凝結(jié)后又回到地面，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 海陸分布49我國降水分布 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50第四節(jié) 城市氣候 小區(qū)風場 城市熱島 建筑布局與日照51沖刷邊角增強效應穿越前低建筑對后高建筑的影響巷道風的加強上部建筑對下部建筑的影響風對建筑的影響52此處易聚集垃圾小區(qū)風場 形成機理 建筑物對來流風的阻礙和聚集作用 小區(qū)內(nèi)太陽輻射導致各表面存在溫差而形成的自然對流53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污染物和室外熱量不易散發(fā) 最為極端的莫過于19