建筑物理熱工學建筑氣候

建筑物理熱工學建筑氣候第1頁/共51頁第三章建筑氣候建筑日照與太陽輻射氣溫風、降水與濕度城市氣候建筑氣候區(qū)劃和建筑熱工設(shè)計分區(qū)中國建筑氣候特征和建筑基本要求氣候→建筑建筑→氣候氣候建筑第2頁/共51頁建筑日照與太陽輻射建筑對日照的需求（爭取、避免）地球繞太陽的運行規(guī)律太陽在天空中的位置建筑日照設(shè)計方法太陽輻射過程到達地面的太陽輻射第3頁/共51頁生物體新陳代謝（幼兒活動室、蔬菜大棚）紫外線預防治療疾病（重大衛(wèi)生意義）（病房）紅外線和可見光在冬季照射進入室內(nèi)，取暖和干燥（降低采暖能耗）增強建筑物的立體藝術(shù)感采光照明建筑對爭取日照的需求第4頁/共51頁過量日照造成室內(nèi)過熱（夏季防熱－遮陽）陽光直射產(chǎn)生眩光，易疲勞，損害視力，降低工作效率（廠房車間）陽光直射引起物品的褪色或變質(zhì)（檔案室、藥品室）陽光直射某些化學藥品引發(fā)爆炸（化學品生產(chǎn)車間）建筑對避免日照的需求★第5頁/共51頁地球繞太陽運行的規(guī)律66°33′地軸黃道面太陽赤緯角－23°27′春季秋季夏季冬季第6頁/共51頁太陽赤緯角太陽光線與地球赤道平面的夾角：δ－太陽赤緯角J

－從1月1日算起的天數(shù)從赤道面算起，北向為正，南向為負－23°27′≤δ≤23°27′陽光直射的地理緯度不同季節(jié)的表征★第7頁/共51頁太陽位置的確定太陽位置用太陽高度角和太陽方位角表示。太陽高度角hs：太陽光線與地平面的夾角。太陽方位角As：太陽光線在地平面上的投影與地平面正南子午線的夾角。一天之中太陽位置如何變化？

第8頁/共51頁（1）日出、日落時刻的太陽高度角為0，正午時刻的太陽高度角最大，此時太陽位于正南或正北。（2）太陽方位角以正南為0，順時針為正，表示太陽位于下午的范圍；逆時針為負，表示太陽位于上午的范圍。（4）上、下午太陽的位置對稱于正午。第9頁/共51頁緯度提高，太陽高度角如何變化？冬季和夏季相比太陽高度角如何變化？第10頁/共51頁太陽高度角hs的計算公式：φ——地理緯度，（°）；δ——太陽赤緯角，（°）；Ω——時角，（°）。太陽方位角As的計算公式：第11頁/共51頁地球自轉(zhuǎn)一周360°需24小時，因而每小時太陽移動的角度為15°，于是Ω－地方太陽時對應(yīng)的時角，正午為0，上、下午對稱，上午為負，下午為正；t－地方太陽時：考慮時差。時角Ω第12頁/共51頁城鄉(xiāng)規(guī)劃、道路網(wǎng)方位、居住區(qū)位置建筑物體形、朝向和間距采光口位置、形狀和大小遮陽構(gòu)件的形式、尺寸與構(gòu)造建筑日照設(shè)計方法★第13頁/共51頁太陽輻射原理太陽是一個直徑相當于地球110倍的高溫氣團，其表面溫度約為6000K左右，內(nèi)部溫度則高達2×107K。太陽表面不斷以電磁輻射形式向宇宙空間發(fā)射出巨大的能量，其輻射波長范圍為從波長為0.1m的X射線到波長達100m的無線電波。地球接受的太陽輻射能約為1.7×1014kw，占太陽輻射總能量的二十億分之一左右。太陽輻射是地球上所有能源的根本來源，氣溫變化、風的形成等氣象現(xiàn)象直接或間接受其影響。第14頁/共51頁太陽輻射過程直射散射★第15頁/共51頁到達地面的太陽輻射直射輻射照度（法線面）：IDN－法線面上的直射輻射照度，w/m2；Io－太陽常數(shù)＝1367w/m2；P－大氣透明度；M－大氣質(zhì)量；第16頁/共51頁6544332第17頁/共51頁到達地面的太陽輻射直射輻射照度（水平面）：r－墻面法線與陽光投影線的夾角直射輻射照度（垂直面）：hsIDN第18頁/共51頁到達地面的太陽輻射散射輻射照度（水平面）：散射輻射照度（垂直面）：第19頁/共51頁到達地面的太陽輻射地面反射輻射照度（水平面）：－地面對太陽輻射的發(fā)射率（％）地面反射輻射照度（垂直面）：第20頁/共51頁到達地面的太陽輻射不同地面對太陽輻射的反射率第21頁/共51頁到達地面的太陽輻射水平面總輻射照度計算垂直面總輻射照度計算第22頁/共51頁太陽光譜的變化大部分紫外線被大氣中的臭氧所吸收。大部分的遠紅外線被大氣層中的二氧化碳和水蒸氣等溫室氣體所吸收。到達地面的太陽輻射能主要是可見光（50％）和近紅外線部分（50％），即波長為0.32~2.5微米部分的射線?！锏?3頁/共51頁氣溫氣溫概述氣溫的影響因素氣溫的分布特點室外計算溫度地溫第24頁/共51頁氣溫概述一般指距地面1.5m高背陰處的空氣溫度。大氣對太陽輻射是透明的，大氣主要靠吸收地面長波輻射增溫。年變化：最高溫7月份，最低溫1月份。

氣溫年較差日變化：午后2點出現(xiàn)最大值，日出前后出現(xiàn)最小值。

氣溫日較差第25頁/共51頁第一，到達地面的太陽輻射熱量起決定性的作用－四季變化、日變化、隨地理緯度的變化。氣溫的影響因素第二，大氣對流作用以最強的方式影響氣溫－無論是水平方向或垂直方向的空氣流動，都會使高低溫空氣混合，減少地域間氣溫的差異。第三，下墊面性質(zhì)的影響也很重要－山川、平原、盆地；草原、森林、沙漠、河流、海洋；砂土、松干土、粘土。第26頁/共51頁氣溫的分布特點氣溫年較差：自南到北、自沿海到內(nèi)陸逐漸增大。華南和云貴高原10～20℃，長江流域增加到20~30℃，華北和東北南部約為30~40℃，東北的北部與西北部則超出了40℃。氣溫的日較差：從東南向西北遞增。青海省的玉樹，夏季計算日較差達到12.7℃；而山東省的青島市，夏季計算日較差只有3.5℃。我國多數(shù)地區(qū)的夏季計算日較差在5～10℃的范圍內(nèi)。第27頁/共51頁室外計算溫度以最熱月（7月）與最冷月（1月）的平均溫度為基礎(chǔ)。冬季室外計算溫度：按照歷年室外較低日平均溫度低于冬季室外計算溫度的時間平均每年不超過5天的原則確定。夏季室外計算溫度：25年來每年最熱一天的平均溫度的累年平均值。第28頁/共51頁冬季地表溫度分布第29頁/共51頁夏季地表溫度分布第30頁/共51頁地溫垂直分布第31頁/共51頁地溫垂直分布地表以下具有冬暖夏涼的特點第32頁/共51頁風、降水與濕度第33頁/共51頁太陽輻射在地球照射不均勻造成赤道和兩極間的溫差，由此引發(fā)的大氣運動。是造成各地氣候差異的主要原因之一。大氣環(huán)流第34頁/共51頁由地表水陸分布、地勢起伏、表面覆蓋等地方性條件不同引起。海陸風、山谷風、季風、庭院風及巷道風等。溫度差驅(qū)動自然對流。地方風海陸風第35頁/共51頁地方風山谷風第36頁/共51頁地方風季風冬季海陸風夏季冬季第37頁/共51頁風玫瑰圖冬季風向＋風速＋頻率＝風玫瑰圖第38頁/共51頁風玫瑰圖冬季風向頻率分布圖風速頻率分布圖第39頁/共51頁城市規(guī)劃風向分區(qū)圖季節(jié)變化區(qū)主導風向區(qū)全年西風主導風向區(qū)冬季西風夏季東風主導風向區(qū)全年西南風無主導風向區(qū)準靜風區(qū)第40頁/共51頁降水雨、雪、冰雹降水量、降水時間、降水強度降水強度等級（24小時）：小雨<10mm，中雨10～25mm，大雨25～50mm，暴雨50～100mm華南地區(qū)雨季：5～10月，長江流域6～9月（梅雨）。第41頁/共51頁降水量分布圖第42頁/共51頁濕度空氣中水蒸氣的含量，來自于水、植物。。。的蒸發(fā)。絕對濕度：單位體積濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量。相對濕度：濕空氣的絕對濕度與同溫度下飽和濕空氣的絕對濕度之比。華南地區(qū)3～5月相對濕度最大－防潮?！锏?3頁/共51頁城市氣候城市氣候的影響因素：下墊面：城市建筑物、瀝青水泥路面替代自然下墊面。人為熱：生產(chǎn)生活消費過程產(chǎn)生的熱量?？諝馕廴荆汗I(yè)民用污染。第44頁/共51頁城市氣候的特征1、太陽輻射減弱；2、城區(qū)氣溫偏高——城市熱島；3、城市降水增多——城市雨島；4、城市濕度小——城市干島；5、城區(qū)風速小、風向不穩(wěn)定；6、城區(qū)霧日增多。第45頁/共51頁城市熱島巴黎和莫斯科0.7℃，紐約1.1℃上海0.8℃北京1.4℃★第46頁/共51頁建筑氣候區(qū)劃按地區(qū)建筑氣候的相似性和差異性進行建筑氣候區(qū)劃：概括各地區(qū)氣候特征；目前各地區(qū)建筑基本要求；提供建筑設(shè)計室外計算氣象參數(shù)；有助于合理利用當?shù)貧夂蛸Y源。區(qū)劃指標：氣溫、降水和相對濕度。第47頁/共51頁