建筑外環(huán)境設(shè)計(jì)

1、 建筑外環(huán)境為什么要考慮建筑外環(huán)境?nn建筑物所在地的氣候條件，會(huì)通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，直接影響室內(nèi)的環(huán)境n了解室外環(huán)境以控制室內(nèi)環(huán)境為什么要考慮建筑外環(huán)境?n氣候與天氣是兩個(gè)不同的概念n天氣是指該地區(qū)時(shí)刻變化的冷、熱、干、濕、風(fēng)、雨等大氣狀況n氣候是指某地區(qū)平均的大氣狀況，是該地區(qū)多年天氣狀況的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。n與建筑密切相關(guān)的氣候要素包括：太陽(yáng)輻射量、室外干球溫度、濕度風(fēng)速、風(fēng)向降雨量本章主要內(nèi)容n第一節(jié) 地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律n第二節(jié) 太陽(yáng)輻射n第三節(jié) 室外氣候n第四節(jié) 我國(guó)氣候分區(qū)特點(diǎn) 第一節(jié) 地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律n氣候的變化隨著年周期和日周期而變化n而這種變化的根本原因則在于地球按一定規(guī)律進(jìn)行的繞日運(yùn)動(dòng)

2、第一節(jié) 地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律n 1.經(jīng)度和緯度 東經(jīng)東經(jīng)西經(jīng)西經(jīng)北緯北緯南緯南緯1809000一切地軸的平面與地球表面相交而成的 一切地軸的平面與地球表面相交而成的n 2.時(shí)間（一天時(shí)間的確定是以地球自轉(zhuǎn)為依據(jù)）地球每轉(zhuǎn)1需要4分鐘平均太陽(yáng)時(shí)太陽(yáng)通過(guò)該地的子午線時(shí)為正午，“地方”鐘表指示的時(shí)間是均勻的，“平均”標(biāo)準(zhǔn)時(shí)T0世界時(shí)、“北京時(shí)間” 地方平均太陽(yáng)時(shí)Tm與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)T0=Tm +4(L0 - Lm)問(wèn)題：西安的地方平均太陽(yáng)時(shí)和北京時(shí)間差多少? 第一節(jié) 地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律00+23.5-23.5第一節(jié) 地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律n3. 太陽(yáng)的位置與日照的關(guān)系n 赤緯 ：太陽(yáng)光線與地球赤道平面之間的夾角n

3、全年的赤緯角+23.5-23.5之間變化n春分（0）夏至（+23.5）直射北回歸線n秋分（0）冬至（-23.5） 直射南回歸線太陽(yáng)的位置通常用兩個(gè)角度來(lái)表示太陽(yáng)高度角太陽(yáng)方向與水平面的夾角太陽(yáng)方位角太陽(yáng)方向的水平投影偏離南向的角度第二節(jié) 太陽(yáng)輻射n1.太陽(yáng)常數(shù)與太陽(yáng)輻射的電磁波n2.大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收n3.在建筑中日照的作用與效果1.太陽(yáng)常數(shù)與太陽(yáng)輻射的電磁波n太陽(yáng)輻射能是地球上熱量的基本來(lái)源n是決定氣候的主要因素n也是建筑物外部最主要的氣候條件之一n太陽(yáng)常數(shù)大氣層外與太陽(yáng)光線垂直的表面上的輻射強(qiáng)度 1353W/m2n通常把波長(zhǎng)為0.1100 m的電磁波稱為熱射線，其中包括可見(jiàn)光、部分紫外

4、線和紅外線，他們投射到物體上能產(chǎn)生熱效應(yīng)n單原子氣體和某些對(duì)稱型雙原子氣體如O2，N2，H2等，它們的吸收和輻射很微弱，可以認(rèn)為是透熱體，即不輻射也不吸收n對(duì)多原子氣體，CO2，SO2，水蒸氣則不能認(rèn)為是透熱體，特別是在高溫條件下有較大的輻射力和吸收率，太陽(yáng)輻射能量比例 n轉(zhuǎn)化為熱能的主要是可見(jiàn)光和紅外線 可見(jiàn)光可見(jiàn)光45.6%45.6%紫外線紫外線7.0%7.0%近紅外線近紅外線45.2%45.2%長(zhǎng)波紅外長(zhǎng)波紅外線線2.2%2.2%落到地球上的太陽(yáng)輻射能量n 由三部分組成n 直射輻射：為可見(jiàn)光和近紅外線n 散射輻射：陽(yáng)光經(jīng)過(guò)大氣層時(shí)，被氣體分子、液體或固體顆粒反射或折射，達(dá)到地球表面時(shí)無(wú)特

5、定方向，形成一個(gè)由整個(gè)天穹所照射的散亂光 ，為可見(jiàn)光和近紅外線。n 大氣長(zhǎng)波輻射：大氣（水蒸汽和CO2）吸收后再向地面輻射，為長(zhǎng)波輻射。在日間比例很小，可以忽略。n 所謂太陽(yáng)總輻射強(qiáng)度一般僅包括前兩部分2.大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收n進(jìn)入大氣層后被反射和吸收n光譜成分有所改變n輻射強(qiáng)度有所改變n大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱強(qiáng)度取決于射線在大氣射程中的長(zhǎng)短及大氣質(zhì)量太陽(yáng)高度角與太陽(yáng)通過(guò)的路徑長(zhǎng)度密切相關(guān)，從而影響日射強(qiáng)度。太陽(yáng)高度角低則日射強(qiáng)度小 冬季太陽(yáng)高度角低，夏季太陽(yáng)高度角高 清晨和傍晚太陽(yáng)高度角低，中午太陽(yáng)高度角高 高緯度地區(qū)太陽(yáng)高度角低，低緯度地區(qū)太陽(yáng)高度角高射程長(zhǎng)短與太陽(yáng)高度角和海拔高度有關(guān) 海

6、拔(米)北京 31.2; 上海 4.5;西安 396.9; 西寧 2261.2拉薩 3658; 日喀則 3836大氣質(zhì)量：n大氣透明度定義：I1/I0 = P = exp (-kL)，P1 最透明n 變化范圍：0.650.75，在一個(gè)月份的晴天中可近似認(rèn)為是常數(shù)n 我國(guó)將大氣透明度作了6個(gè)等級(jí)的分區(qū)，1級(jí)最透明我國(guó)的大氣透明度分區(qū)影響大氣透明度的天氣現(xiàn)象影響大氣透明度的天氣現(xiàn)象 n本地或附近塵沙被風(fēng)吹起，使能見(jiàn)度顯著下降1.0-10.0千米以內(nèi)小于1.0千米n 天色混濁 一片黃色 風(fēng)較大n 冷空氣過(guò)境或雷雨影響時(shí)，北方春季易出現(xiàn) n遠(yuǎn)地或本地產(chǎn)生沙塵暴或揚(yáng)沙后塵沙等細(xì)粒浮游空中而形成。n俗稱“

7、落荒沙” 小于10.0千米 垂直能見(jiàn)度也較差 建筑布局與日照n 我國(guó)民用住宅設(shè)計(jì)規(guī)范要求每戶至少有一間房間冬至日滿窗日照時(shí)間不低于1小時(shí)。n 日影n 終日日影：一天中都沒(méi)有日照n 永久日影：終年沒(méi)有日照n 建筑布局與日照n 建筑的互遮擋：不同建筑物相互遮擋n 建筑的自遮擋：建筑物一部分被另一部分遮擋建筑布局與日照n 日照的作用n 冬季采暖：充分利用太陽(yáng)能n 自然采光需要：適當(dāng)?shù)纳⑸漭椛鋘 心理需要：冬日室內(nèi)光斑對(duì)人的心理有積極作用n 影響因素n 緯度：決定太陽(yáng)高度角和日射強(qiáng)度n 建筑布局：決定遮擋情況n 目標(biāo)n 冬天盡量多(但太陽(yáng)高度角低易被遮擋)n 夏天盡量少(但太陽(yáng)高度角高不易被遮擋)第三

8、節(jié) 室外氣候n 微氣候的概念：限于高度為100米以下的1公里水平范圍建筑形式、布局及下墊面的狀況起著重要的影響作用。 n 大氣壓力n空氣溫度n空氣濕度n風(fēng)n太陽(yáng)輻射強(qiáng)度n有效天空溫度n地層溫度n降水1.大氣壓力-101234567405060708090100110大氣壓力(kPa)海拔高度(km)北京北京太原太原拉薩拉薩昆明昆明瑪多瑪多蘭州蘭州格爾木格爾木n 大氣壓力隨海拔高度而變n 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)n 海平面大氣壓力稱作標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，為101325 Pa 或 760 mmHg2.空氣溫度n主要指距地面1.5m高，背陰處的空氣溫度。n對(duì)短波輻射幾乎是透明

9、體直接接受太陽(yáng)輻射的增溫是非常微弱的。n與地表面以導(dǎo)熱、對(duì)流和長(zhǎng)波輻射形式進(jìn)行熱交換而被加熱或冷卻。（1）影響地面附近空氣溫度的因素n入射到地面上的太陽(yáng)輻射熱 空氣不能直接吸收太陽(yáng)輻射熱 但入射到地面上的太陽(yáng)輻射熱對(duì)地面附近空氣溫度起著決定作用n下墊面n大氣對(duì)流(例:西伯利亞寒流) （2）空氣溫度的規(guī)律： 一日內(nèi)氣溫的最高值和最低值之差。n ： 一年內(nèi)最冷月和最熱月的月平均氣溫差。 n ： 向高緯度地區(qū)每移動(dòng) 200300 km 降低1。日較差日較差受海陸分布和地形起伏的影響年較差年較差與海陸分布有關(guān)與緯度有關(guān)1820222426283032024681012141618202224時(shí)間時(shí)間(

10、小時(shí)小時(shí))溫度溫度()空氣溫度的年變化 一年中最熱月一般在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時(shí)間(小時(shí))溫度()（3）空氣溫度的局部效應(yīng)n 受地面反射率、氣流、遮陽(yáng)、夜間輻射等影響n不透水下墊面溫度較透水下墊面溫度高n建筑物密集處空氣溫度較開(kāi)闊處高n霜洞效應(yīng)：洼地冷空氣聚集造成氣溫低于地面上的空氣溫度2.濕度n 來(lái)源n 水體蒸發(fā)n 植物蒸發(fā)n 影響因素n 地面性質(zhì)n 水體分布n 季節(jié)n 陰晴n絕對(duì)濕度n相對(duì)濕度n水蒸氣分壓力n日變化n 相對(duì)濕度與氣溫變

11、化反相 n 年變化n 內(nèi)陸和沿海地區(qū)差別較大n氣流的影響3.風(fēng)大氣壓差引起的大氣的運(yùn)動(dòng)n 風(fēng)的成因（地表增溫不同是引起大氣壓差的主要原因）n 大氣環(huán)流：n太陽(yáng)輻射不均勻造成赤道和兩極間極大的溫差,引發(fā)大氣在此間的經(jīng)常性活動(dòng)n從而造成對(duì)各地氣候的影響造成局部差異，n地方風(fēng)：n地方性地貌條件不同造成，如海陸風(fēng)(地表水陸分布)、山谷風(fēng)(地勢(shì))、庭院風(fēng)、巷道風(fēng)等n以一晝夜為周期n季風(fēng)：n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n造成季節(jié)差異，以年為周期海陸風(fēng)n在白天，陸上的空氣溫度比同一緯度海上的空氣溫度高，熱氣上升，海上的冷氣流就吹向內(nèi)陸。n在夜間，此過(guò)程相反。這樣形成的風(fēng)稱為海陸風(fēng)。

12、山谷風(fēng)n在山區(qū)，局部的溫差會(huì)造成局地風(fēng)型。此類風(fēng)是一種很薄的表面氣流n是由于向陽(yáng)坡面上的氣溫與谷地上方等高處的氣溫差而造成的。n白天靠近山坡表面的空氣較同等高度的自由大氣所受的熱量多，熱氣即上升，空氣流向在白天為沿山坡向上n在夜間此過(guò)程相反，風(fēng)向則沿山坡向下。故大的山谷會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的山谷風(fēng)，白天向上吹，夜間吹向谷底。 風(fēng)的測(cè)量n 測(cè)量開(kāi)闊地面 10m 高處的風(fēng)向和風(fēng)速作為當(dāng)?shù)氐挠^測(cè)數(shù)據(jù) n 風(fēng)向 風(fēng)吹來(lái)的方向 通常用16個(gè)方位來(lái)表示n風(fēng)速 單位時(shí)間風(fēng)所行進(jìn)的距離v人們把風(fēng)吹來(lái)的地平方向確定為風(fēng) 方向 風(fēng)玫瑰圖某地的風(fēng)向頻率分布某地的風(fēng)向頻率分布實(shí)線為全年，虛線為實(shí)線為全年，虛線為7月份月份某地一

13、年的風(fēng)速頻率分布某地一年的風(fēng)速頻率分布北京地區(qū)的風(fēng)玫瑰圖n 粗線：全年n 細(xì)實(shí)線： 冬季，122月份n 虛線： 夏季，68月份蒲福風(fēng)力等級(jí)表自由海面狀況浪高距地 10 米高處的相當(dāng)風(fēng)速風(fēng)力等級(jí) 一般(m) 最高(m)陸地地面征象米/秒0靜，煙直上00.210.10.1煙能表示方向，但方向標(biāo)不能轉(zhuǎn)動(dòng)0.31.520.20.3人面感覺(jué)有風(fēng)，樹(shù)葉微響，方向標(biāo)能轉(zhuǎn)動(dòng)1.63.330.61.0樹(shù)葉及微枝搖動(dòng)不息，旌旗展開(kāi)3.45.441.01.5能吹起地面灰塵和紙張，樹(shù)的小枝搖動(dòng)5.57.952.02.5有葉的小樹(shù)搖擺，內(nèi)陸的水面有小波8.010.763.04.0大樹(shù)枝搖動(dòng)，舉傘困難10.813.874

14、.05.5全樹(shù)搖動(dòng)，迎風(fēng)步行感覺(jué)不便13.917.185.57.5樹(shù)枝折毀，人向前行，感覺(jué)阻力甚大17.220.797.010.0建筑物有小損，煙囪頂部及平屋搖動(dòng)20.824.4109.012.5可使樹(shù)木拔起或使建筑物損壞較重。陸上少見(jiàn)。24.528.41111.516.0陸上很少見(jiàn)，有則必有廣泛破壞28.532.61214.0陸上絕少見(jiàn)，摧毀力極大32.736.928. 0)(refrefhhhVV 風(fēng)速有梯度，地面為 0 m/s，可認(rèn)為按冪函數(shù)規(guī)律分布，如：4. 降水n 大地蒸發(fā)的水分進(jìn)入大氣層，凝結(jié)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，未經(jīng)蒸發(fā)或滲

15、透流失而積累在水平面上的水層厚度，以毫米為單位n 降水強(qiáng)度：24小時(shí)的降水總量的等級(jí)來(lái)劃分n 影響因素n 氣溫 n 地形n 大氣環(huán)流n 海陸分布4.城市氣候n 小區(qū)風(fēng)場(chǎng)n 城市熱島n 建筑布局與日照（）小區(qū)風(fēng)場(chǎng)n 形成機(jī)理n 建筑物對(duì)來(lái)流風(fēng)的阻礙和聚集作用n 小區(qū)內(nèi)太陽(yáng)輻射導(dǎo)致各表面存在溫差而形成的自然對(duì)流n 不當(dāng)風(fēng)場(chǎng)的危害n 冬季造成熱負(fù)荷增加n 高風(fēng)速影響人員行動(dòng)n 夏季自然通風(fēng)不良（）城市熱島n 熱島強(qiáng)度：熱島中心氣溫減去同時(shí)間同高度（距地1.5 m高處）附件遠(yuǎn)郊的氣溫的差值。單位：n熱島的成因很多。城市具有特殊性質(zhì)的立體化下墊面，局部大氣成分發(fā)生變化，城市熱量收支平衡關(guān)系與郊區(qū)農(nóng)村顯著不同，造成城市的氣溫比周圍郊區(qū)和農(nóng)村要高。 城市熱島的成因n 自然條件自然條件n 市內(nèi)風(fēng)速市內(nèi)風(fēng)速、對(duì)天空長(zhǎng)波輻射：建筑布局影響對(duì)天空角系數(shù)和風(fēng)場(chǎng)n 云量云量：市區(qū)內(nèi)云量大于郊區(qū)n 太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射：市內(nèi)大氣透明度低n 下墊面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n 人為影響人為影響：“人為熱”n 交通、家用電器、炊事產(chǎn)熱n 空調(diào)采暖產(chǎn)熱第四節(jié) 我國(guó)氣候分區(qū)特點(diǎn)n 兩個(gè)分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)n “民用建筑設(shè)計(jì)規(guī)范”（GB5017693）的五個(gè)建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)n 建筑熱工區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)（GB5017693） 的七個(gè)建筑氣候區(qū)