建筑外环境课件.ppt

1、第二章 建筑外环境为什么要考虑建筑外环境?nn建筑物所在地的气候条件，会通过围护结构，直接影响室内的环境n了解室外环境以控制室内环境为什么要考虑建筑外环境?n气候与天气是两个不同的概念n天气是指该地区时刻变化的冷、热、干、湿、风、雨等大气状况n气候是指某地区平均的大气状况，是该地区多年天气状况的统计结果。n与建筑密切相关的气候要素包括：太阳辐射量、室外干球温度、湿度风速、风向降雨量本章主要内容n第一节 地球绕日运动的规律n第二节 太阳辐射n第三节 室外气候n第四节 我国气候分区特点 第一节 地球绕日运动的规律n气候的变化随着年周期和日周期而变化n而这种变化的根本原因则在于地球按一定规律进行的绕

2、日运动第一节 地球绕日运动的规律n 1.经度和纬度 东经东经西经西经北纬北纬南纬南纬1809000一切地轴的平面与地球表面相交而成的 一切地轴的平面与地球表面相交而成的n 2.时间（一天时间的确定是以地球自转为依据）地球每转1需要4分钟平均太阳时太阳通过该地的子午线时为正午，“地方”钟表指示的时间是均匀的，“平均”标准时T0世界时、“北京时间” 地方平均太阳时Tm与标准时T0=Tm +4(L0 - Lm)问题：西安的地方平均太阳时和北京时间差多少? 第一节 地球绕日运动的规律00+23.5-23.5第一节 地球绕日运动的规律n3. 太阳的位置与日照的关系n 赤纬 ：太阳光线与地球赤道平面之间的

3、夹角n全年的赤纬角+23.5-23.5之间变化n春分（0）夏至（+23.5）直射北回归线n秋分（0）冬至（-23.5） 直射南回归线太阳的位置通常用两个角度来表示太阳高度角太阳方向与水平面的夹角太阳方位角太阳方向的水平投影偏离南向的角度第二节 太阳辐射n1.太阳常数与太阳辐射的电磁波n2.大气层对太阳辐射的吸收n3.在建筑中日照的作用与效果1.太阳常数与太阳辐射的电磁波n太阳辐射能是地球上热量的基本来源n是决定气候的主要因素n也是建筑物外部最主要的气候条件之一n太阳常数大气层外与太阳光线垂直的表面上的辐射强度 1353W/m2n通常把波长为0.1100 m的电磁波称为热射线，其中包括可见光、部

4、分紫外线和红外线，他们投射到物体上能产生热效应n单原子气体和某些对称型双原子气体如O2，N2，H2等，它们的吸收和辐射很微弱，可以认为是透热体，即不辐射也不吸收n对多原子气体，CO2，SO2，水蒸气则不能认为是透热体，特别是在高温条件下有较大的辐射力和吸收率，太阳辐射能量比例 n转化为热能的主要是可见光和红外线 可见光可见光45.6%45.6%紫外线紫外线7.0%7.0%近红外线近红外线45.2%45.2%长波红外长波红外线线2.2%2.2%落到地球上的太阳辐射能量n 由三部分组成n 直射辐射：为可见光和近红外线n 散射辐射：阳光经过大气层时，被气体分子、液体或固体颗粒反射或折射，达到地球表面

5、时无特定方向，形成一个由整个天穹所照射的散乱光 ，为可见光和近红外线。n 大气长波辐射：大气（水蒸汽和CO2）吸收后再向地面辐射，为长波辐射。在日间比例很小，可以忽略。n 所谓太阳总辐射强度一般仅包括前两部分2.大气层对太阳辐射的吸收n进入大气层后被反射和吸收n光谱成分有所改变n辐射强度有所改变n大气对太阳辐射的削弱强度取决于射线在大气射程中的长短及大气质量太阳高度角与太阳通过的路径长度密切相关，从而影响日射强度。太阳高度角低则日射强度小 冬季太阳高度角低，夏季太阳高度角高 清晨和傍晚太阳高度角低，中午太阳高度角高 高纬度地区太阳高度角低，低纬度地区太阳高度角高射程长短与太阳高度角和海拔高度有

6、关 海拔(米)北京 31.2; 上海 4.5;西安 396.9; 西宁 2261.2拉萨 3658; 日喀则 3836大气质量：n大气透明度定义：I1/I0 = P = exp (-kL)，P1 最透明n 变化范围：0.650.75，在一个月份的晴天中可近似认为是常数n 我国将大气透明度作了6个等级的分区，1级最透明我国的大气透明度分区影响大气透明度的天气现象影响大气透明度的天气现象 n本地或附近尘沙被风吹起，使能见度显著下降1.0-10.0千米以内小于1.0千米n 天色混浊 一片黄色 风较大n 冷空气过境或雷雨影响时，北方春季易出现 n远地或本地产生沙尘暴或扬沙后尘沙等细粒浮游空中而形成。n

7、俗称“落荒沙” 小于10.0千米 垂直能见度也较差 建筑布局与日照n 我国民用住宅设计规范要求每户至少有一间房间冬至日满窗日照时间不低于1小时。n 日影n 终日日影：一天中都没有日照n 永久日影：终年没有日照n 建筑布局与日照n 建筑的互遮挡：不同建筑物相互遮挡n 建筑的自遮挡：建筑物一部分被另一部分遮挡建筑布局与日照n 日照的作用n 冬季采暖：充分利用太阳能n 自然采光需要：适当的散射辐射n 心理需要：冬日室内光斑对人的心理有积极作用n 影响因素n 纬度：决定太阳高度角和日射强度n 建筑布局：决定遮挡情况n 目标n 冬天尽量多(但太阳高度角低易被遮挡)n 夏天尽量少(但太阳高度角高不易被遮挡

8、)第三节 室外气候n 微气候的概念：限于高度为100米以下的1公里水平范围建筑形式、布局及下垫面的状况起着重要的影响作用。 n 大气压力n空气温度n空气湿度n风n太阳辐射强度n有效天空温度n地层温度n降水1.大气压力-101234567405060708090100110大气压力(kPa)海拔高度(km)北京北京太原太原拉萨拉萨昆明昆明玛多玛多兰州兰州格尔木格尔木n 大气压力随海拔高度而变n 在同一位置，冬季大气压力比夏季大气压力高，变化范围5以内n 海平面大气压力称作标准大气压，为101325 Pa 或 760 mmHg2.空气温度n主要指距地面1.5m高，背阴处的空气温度。n对短波辐射几乎

9、是透明体直接接受太阳辐射的增温是非常微弱的。n与地表面以导热、对流和长波辐射形式进行热交换而被加热或冷却。（1）影响地面附近空气温度的因素n入射到地面上的太阳辐射热 空气不能直接吸收太阳辐射热 但入射到地面上的太阳辐射热对地面附近空气温度起着决定作用n下垫面n大气对流(例:西伯利亚寒流) （2）空气温度的规律： 一日内气温的最高值和最低值之差。n ： 一年内最冷月和最热月的月平均气温差。 n ： 向高纬度地区每移动 200300 km 降低1。日较差日较差受海陆分布和地形起伏的影响年较差年较差与海陆分布有关与纬度有关1820222426283032024681012141618202224时间

10、时间(小时小时)温度温度()空气温度的年变化 一年中最热月一般在7、8月份，最冷月一般在1、2月份。-100102030400730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760时间(小时)温度()（3）空气温度的局部效应n 受地面反射率、气流、遮阳、夜间辐射等影响n不透水下垫面温度较透水下垫面温度高n建筑物密集处空气温度较开阔处高n霜洞效应：洼地冷空气聚集造成气温低于地面上的空气温度2.湿度n 来源n 水体蒸发n 植物蒸发n 影响因素n 地面性质n 水体分布n 季节n 阴晴n绝对湿度n相对湿度n水蒸气分压力n日变化n 相对湿度与

11、气温变化反相 n 年变化n 内陆和沿海地区差别较大n气流的影响3.风大气压差引起的大气的运动n 风的成因（地表增温不同是引起大气压差的主要原因）n 大气环流：n太阳辐射不均匀造成赤道和两极间极大的温差,引发大气在此间的经常性活动n从而造成对各地气候的影响造成局部差异，n地方风：n地方性地貌条件不同造成，如海陆风(地表水陆分布)、山谷风(地势)、庭院风、巷道风等n以一昼夜为周期n季风：n海陆间季节温差造成，冬季大陆吹向海洋，夏季海洋吹向大陆n造成季节差异，以年为周期海陆风n在白天，陆上的空气温度比同一纬度海上的空气温度高，热气上升，海上的冷气流就吹向内陆。n在夜间，此过程相反。这样形成的风称为海

12、陆风。山谷风n在山区，局部的温差会造成局地风型。此类风是一种很薄的表面气流n是由于向阳坡面上的气温与谷地上方等高处的气温差而造成的。n白天靠近山坡表面的空气较同等高度的自由大气所受的热量多，热气即上升，空气流向在白天为沿山坡向上n在夜间此过程相反，风向则沿山坡向下。故大的山谷会产生强烈的山谷风，白天向上吹，夜间吹向谷底。 风的测量n 测量开阔地面 10m 高处的风向和风速作为当地的观测数据 n 风向 风吹来的方向 通常用16个方位来表示n风速 单位时间风所行进的距离v人们把风吹来的地平方向确定为风 方向 风玫瑰图某地的风向频率分布某地的风向频率分布实线为全年，虚线为实线为全年，虚线为7月份月份

13、某地一年的风速频率分布某地一年的风速频率分布北京地区的风玫瑰图n 粗线：全年n 细实线： 冬季，122月份n 虚线： 夏季，68月份蒲福风力等级表自由海面状况浪高距地 10 米高处的相当风速风力等级 一般(m) 最高(m)陆地地面征象米/秒0静，烟直上00.210.10.1烟能表示方向，但方向标不能转动0.31.520.20.3人面感觉有风，树叶微响，方向标能转动1.63.330.61.0树叶及微枝摇动不息，旌旗展开3.45.441.01.5能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝摇动5.57.952.02.5有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波8.010.763.04.0大树枝摇动，举伞困难10.813.

14、874.05.5全树摇动，迎风步行感觉不便13.917.185.57.5树枝折毁，人向前行，感觉阻力甚大17.220.797.010.0建筑物有小损，烟囱顶部及平屋摇动20.824.4109.012.5可使树木拔起或使建筑物损坏较重。陆上少见。24.528.41111.516.0陆上很少见，有则必有广泛破坏28.532.61214.0陆上绝少见，摧毁力极大32.736.928. 0)(refrefhhhVV 风速有梯度，地面为 0 m/s，可认为按幂函数规律分布，如：4. 降水n 大地蒸发的水分进入大气层，凝结后又回到地面，包括雨、雪、冰雹等n降水量: 降落到地面的雨、雪、冰雹等融化后，未经蒸

15、发或渗透流失而积累在水平面上的水层厚度，以毫米为单位n 降水强度：24小时的降水总量的等级来划分n 影响因素n 气温 n 地形n 大气环流n 海陆分布4.城市气候n 小区风场n 城市热岛n 建筑布局与日照（）小区风场n 形成机理n 建筑物对来流风的阻碍和聚集作用n 小区内太阳辐射导致各表面存在温差而形成的自然对流n 不当风场的危害n 冬季造成热负荷增加n 高风速影响人员行动n 夏季自然通风不良（）城市热岛n 热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5 m高处）附件远郊的气温的差值。单位：n热岛的成因很多。城市具有特殊性质的立体化下垫面，局部大气成分发生变化，城市热量收支平衡关系与郊区农

16、村显著不同，造成城市的气温比周围郊区和农村要高。 城市热岛的成因n 自然条件自然条件n 市内风速市内风速、对天空长波辐射：建筑布局影响对天空角系数和风场n 云量云量：市区内云量大于郊区n 太阳辐射太阳辐射：市内大气透明度低n 下垫面下垫面的吸收和反射特性、蓄热特性：地面材料、植被、水体的设置n 人为影响人为影响：“人为热”n 交通、家用电器、炊事产热n 空调采暖产热第四节 我国气候分区特点n 两个分区标准n “民用建筑设计规范”（GB5017693）的五个建筑热工设计分区n 建筑热工区划标准（GB5017693） 的七个建筑气候区划分区n民用建筑设计分区u 考虑建筑采暖、防冻、保温、隔热、通风、遮阳的不同需要进行气候分区u在相应的设计标准、节能规范中，按不同的气候区提出要求建筑热工设计分区严寒地区严寒地区寒冷地区寒冷地区夏热冬冷区夏热冬冷区温和地区温和地区寒冷地区寒冷地区严寒地区严寒地区寒冷地区寒冷地区严寒地区严寒地区寒冷地区 n分区主要指标：最冷月平均温度0-10 n分区辅助指标：日平均温度5的天数90至145天 n设计要求：必须满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温 建筑气候区划标准的分区法I区区II区区III区区V区区