2建筑環(huán)境學(xué)第二章-建筑外環(huán)境

1、第二章 建筑外環(huán)境 建筑物所在地的氣候條件，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)，直接影響室內(nèi)環(huán)境，因此，有必要將建筑外環(huán)境的基本概況講清楚，以便充分利用自然條件改善建筑物的內(nèi)部環(huán)境。地球繞日運(yùn)動的規(guī)律地球上的任何一點位置都可以用地理經(jīng)度和緯度表示。經(jīng)線：一切通過地軸的平面同地球表面相交而成的圓叫經(jīng)度圈。經(jīng)度圈都要通過南北兩極，形成兩個180的半圓，這樣的半圓叫經(jīng)線。（或稱子午線）全球共分為180個經(jīng)圈，360條經(jīng)線（子午線）。* 國際會議商定，以英國倫敦的格林威治天文臺所在的子午線為全世界通用的本初子午線。緯線：一切垂直于地軸的平面同地球表面相割而成的圓，稱為緯線，且彼此平行。其中通過地心的緯線叫赤道。赤道面將地球

2、分為南、北兩個半球。經(jīng)度：經(jīng)度是指本初子午線所在的平面與本地子午線所在平面的夾角。以本初子午線為零度線，自零度線向東分為180叫東經(jīng)，向西分為180叫西經(jīng)。緯度：是以本地法線（地平面的垂線）與赤道平面的夾角，赤道的緯度為零。自赤道向北極方向分為90稱為北緯，向南極方向分為90稱為南緯。日照時間一般采用平均太陽時。平均太陽時：是以太陽通過該地的子午線時為正午12點來計算一天的時間。這樣經(jīng)度不同的地方，正午時間均不同，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時間。世界時：國際協(xié)議，以本初子午線處的平均太陽時為世界時間的標(biāo)準(zhǔn)，稱為“世界時”。把全世界按地理經(jīng)度劃分為24個時區(qū)，每個時區(qū)包含地里經(jīng)度15。以本初子午線東西各7.5為零

3、時區(qū)，向東西各分為12個時區(qū)，每個時區(qū)都按它的中央子午線的平均太陽時為計時標(biāo)準(zhǔn)，成為該時區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)時，相鄰兩個時區(qū)的時差為1小時。我國的時區(qū)范圍是，東59時區(qū)，橫跨5個時區(qū)。我國統(tǒng)一采用東8時區(qū)的時間，即以東京120的平均太陽時為中國的標(biāo)準(zhǔn)時間，稱為北京時間。北京時間與世界時間相差8小時。標(biāo)準(zhǔn)時間計算公式： To=Tm+4(LoLm)To標(biāo)準(zhǔn)時間Tm地方平均太陽時Lo標(biāo)準(zhǔn)時間子午線的經(jīng)度 degLm當(dāng)?shù)貢r間子午線所在處的經(jīng)度 deg10日照：指物體表面被太陽直接照射的現(xiàn)象。 太陽在天空中的位置因時、因地時刻變化，正確掌握太陽運(yùn)動規(guī)律，對處理建筑環(huán)境問題有益。地球繞地軸自轉(zhuǎn)同時繞太陽公轉(zhuǎn)，地球繞著

4、太陽公轉(zhuǎn)軌道的平面始終保持66.5的傾角，而且在公轉(zhuǎn)運(yùn)行中，這個交角和地軸的傾斜方向都保持不變。 11赤緯：是太陽光線與地球赤道平面之間的夾角，用d來表示。 它是隨地球在公轉(zhuǎn)軌道上的位置，日期的不同而變化的。全年的赤緯在+23.523.5之間變化。赤緯從赤道平面算起，向北為正，向南為負(fù)。春分時，太陽光線與地球赤道面平行，赤緯為0，南北半球的晝夜相等。夏至赤緯最大，太陽光線直射地球北緯23.5。秋分時，赤緯為0。冬至陽光直射南緯23.5，赤緯為23.5。將四個典型節(jié)日再細(xì)分為24節(jié)氣，每個節(jié)氣太陽運(yùn)轉(zhuǎn)15d左右，形成傳統(tǒng)的24節(jié)氣。 12地球與太陽的相對位置可以用緯度，太陽赤緯d，時角h，太陽高

5、度角和方位角A等來表示。13緯度：地球表面的緯度是該點對赤道平面偏北或偏南的角位移。14時角（h）：指OP線在地球赤道平面上的投影與當(dāng)前時間12點時，日、地中心連線在赤道平面上的投影之間的夾角。 當(dāng)?shù)貢r間12點時的時角為零，前后每隔一小時，增加360/24=15。15太陽位置：地球上某一點所看到的太陽方向，用太陽高度角和太陽角A表示。太陽高度角：sin= cos cos h cos d +sin sin dsinA = cos d sin h / cos 太陽輻射太陽熱輻射能是地球上熱量的主要來源。太陽常數(shù)與太陽輻射的電磁波關(guān)于太陽的基本數(shù)據(jù)：太陽的直徑均為地球直徑的110倍。 地球直徑為 r

6、=6436km，表面積As=6.131018m2。太陽表面溫度約為6000k。（5724k）太陽內(nèi)部溫度為2107k。地球接受的太陽輻射能為1.7104kw。估算方法：視地球為半徑r=6436km的圓球，距離太陽為R=150.6106km，因此投射到地球大氣層外緣的百分?jǐn)?shù)為：r 2 6436 2 = = 4.5610 -8 %4R2 4（150.6106）2將太陽視為黑體：bAsT=5.671086.131101857244=3.8321026w到達(dá)地球的能量：3.83210264.56108%=17.481016w太陽常數(shù)：與太陽光線垂直的表面上的輻射強(qiáng)度Io=1353W/m2，稱為太陽常數(shù)

7、。太陽輻射中能轉(zhuǎn)化為熱能的主要是可見光和紅外線，波長范圍在0.38m0.76m，0.76m3.0m。這些輻射能受到大氣層的影響將減弱。太陽輻射在大氣層中的減弱因素：大氣層中的H2O，CO2，O3，O2對太陽輻射有吸收作用，且具有明顯的選擇性。O3吸收紫外線和小于0.3m的短波輻射，一部分可見光。H2O、CO2主要吸收紅外光的輻射。太陽輻射在大氣層中遇到空氣分子和微小塵埃會產(chǎn)生散射。大氣層中的云層和較大的塵粒，對太陽輻射其反射作用。與太陽輻射通過大氣層的行程有關(guān)。大氣層對太陽輻射的吸收距大氣層上部邊界距離x出的輻射強(qiáng)度為Ix。= -kIx=Ioexp(kx)k消光系數(shù) k值越大輻射強(qiáng)度衰減越大。

8、當(dāng)日射垂直地面時，到達(dá)地面的太陽輻射強(qiáng)度為：I1 = Ioexp(kL)P = I1 /I0稱為大氣透明度。越接近1，大氣越清澈。=0.650.75。 當(dāng)太陽不在天頂，太陽高度角為時，路程長度L=L/sin。地球表面處于太陽光線垂直于平面上的太陽直射輻射強(qiáng)度：IN=IoPmm=L/L=1/sin，稱為大氣質(zhì)量。根據(jù)太陽直射輻射強(qiáng)度分別算出水平面上的直射強(qiáng)度和垂直面上的直射強(qiáng)度。水平面上的直射強(qiáng)度：IS.Z=INsin垂直面上的直射強(qiáng)度：IC.Z=INcoscos墻太陽方位角。太陽輻射線在水平面上的投影與墻面法線的夾角。=AA太陽方位角墻面方位角。墻面法線偏離南向的角度 deg。水平面夏季的熱輻

9、射接收量最大，南北向垂直面冬季熱輻射接收量最大。日照的作用與效果日照：指物體表面被太陽光直接照射的現(xiàn)象。住宅室內(nèi)的日照標(biāo)準(zhǔn)是由日照時間和日照質(zhì)量來衡量的。日照標(biāo)準(zhǔn)：要求冬至日底層住宅滿窗日照時間不低于1小時。紫外線：波長0.20.4m，具有強(qiáng)大的殺菌作用，但人的皮膚易被曬黑。紅外線：波長0.774.0m，造成熱效果的主要因素。建筑物的配置和外形與日照的關(guān)系建筑對日照的要求主要根據(jù)他的使用性質(zhì)和當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r決定。建筑物對日照的一般要求寒冷地區(qū)：一般在冬季需要較多的日照。炎熱地區(qū)：一般在夏季避免太陽直射室內(nèi)。特殊功能的房間對日照有特殊要求：由于建筑物的配置，間距或者形狀造成的日影形狀是不同的。對于

10、行列式或組團(tuán)式的建筑，為了得到充分的日照，必須考慮南北方向的樓間距，我國一般民用住宅中，要求冬至日的滿窗日照時間不低于1h，有的國家標(biāo)準(zhǔn)不同。根據(jù)最低日照要求的不同，建筑物所在地理位置，即緯度不同，使得建筑物南北方向的鄉(xiāng)鄰樓間距要求不同。建筑物與日影之間的關(guān)系終日日影：由于其他建筑物的遮擋，某地方一天中都沒有日照，這種現(xiàn)象稱為終日日影。永久日影：某地方一年中都沒有日照的現(xiàn)象稱為永久日影。為了居住著的健康和建筑物本身的壽命，應(yīng)該避免終日日影和永久日影。室外氣候我們這里討論的室外氣候是“微氣候”。微氣候一般指離地面30120cm高度范圍內(nèi)，在建筑物影響下的氣候，因建筑物形狀的不同，將對“微氣候”有

11、較大的影響。室外溫度室外溫度：一般是指距地面1.5m高，背陰處的空氣溫度。地面與空氣的熱量交換是氣溫升降的直接原因，與溫暖地面直接接觸的空氣層，由于導(dǎo)熱的作用而被加熱，此熱量又靠對流的作用而轉(zhuǎn)移到上層空氣。室外溫度的變化規(guī)律：最高溫度出現(xiàn)在下午2點左右，最低溫度出現(xiàn)在日出前后。因為空氣與地面間因輻射換熱而增溫或降溫需要經(jīng)歷一段時間。日較差：一日內(nèi)氣溫的最高值和最低值之差成為日較差。通常用來表示氣溫的日變化量。而且陸地與水面之間的差異較大，陸地是“夏熱冬冷”，水面則相反。年較差：一年內(nèi)最熱日與最冷日的平均氣溫差叫做氣溫的年較差。年較差隨著地理位置的不同，有較大的差別，從我國的華南到東北或西北地區(qū)

12、，年較差值由1040間變化。在微氣候范圍內(nèi)的空氣層溫度隨著空間和時間的改變會有很大的變化，主要是因為這一范圍的溫度受土壤反射、夜間輻射和植物的影響。有效天空溫度TskyTsky = 0.9 T d4 (0.32-0.026)(0.30+0.705) T 04 1/4Td地表溫度To地面1.52.0m處的氣溫Ed以毫巴表示的水蒸氣份壓力S日照百分率溫度空氣溫度：指空氣中水蒸氣的含量2相對濕度的日變化量受地面性質(zhì)，水陸分布，季節(jié)寒暑，天氣陰晴等因素的影響。一般大陸大于海面，夏季大于冬季，晴天大于陰天，一般在一年中，最熱月份的絕對濕度最大，最冷得月份絕對濕度最大。風(fēng)風(fēng)是指由于大氣壓差所引起的大氣水平

13、方向的運(yùn)動。地表面溫度的變化是引起大氣壓力差的主要原因，即風(fēng)（氣流）的起因。風(fēng)的分類：大氣環(huán)流：因太陽輻射在地球上的不均勻，造成赤道和兩極間的溫差，引起由赤道到兩極和由兩極到赤道大氣經(jīng)常性的活動，叫大氣環(huán)流。（造成氣候差異的主要因素）地方風(fēng)：因地表水陸分布，地勢起伏，表面覆蓋等地方條件不同所引起的氣流運(yùn)動。（海陸風(fēng)，季風(fēng)，山谷風(fēng)，庭院風(fēng)，巷道風(fēng)）風(fēng)的特征要素：氣象臺一般以距地面10m高處的風(fēng)向和風(fēng)速為觀察數(shù)據(jù)風(fēng)向頻率圖（風(fēng)的玫瑰圖）按照逐時所實測的各個方向風(fēng)所出現(xiàn)的次數(shù)，分別計算出每個方向風(fēng)出現(xiàn)的次數(shù)占總次數(shù)的百分比，并按一定比例在各方位線上標(biāo)出，最后聯(lián)結(jié)點而成。降水降水：從大地蒸發(fā)出來的水進(jìn)

14、入大氣層，經(jīng)過凝結(jié)后又降到地面上的液態(tài)或固態(tài)水分，稱為降水。（雨、雪、冰雹等）降水性質(zhì)：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：指一次降水從開始到結(jié)束的持續(xù)時間，用h或mm來表示。降水強(qiáng)度：指單位時間內(nèi)的降水量。小雨（10mm），中雨（1025mm），大雨(2550mm)，暴雨(50100mm)。城市氣候城市氣候的特點：土地硬化風(fēng)速減小。氣溫較高。城市上空云量較大，大氣透明度低。我國氣候分區(qū)特點我國幅員遼闊，地形復(fù)雜，各地由于緯度、地勢和地理條件不同，氣候差異懸殊。為了滿足不同地區(qū)對建筑物的要求：炎熱地區(qū)的通風(fēng)、遮陽、隔

15、熱。 寒冷地區(qū)的采暖、防凍、保濕。我國制定設(shè)計規(guī)范，按氣候特征劃分7個區(qū)域：區(qū)：冬季漫長嚴(yán)寒，夏季短促涼爽，氣溫年較差較大，凍土期長，凍土深，積雪厚，日照較豐富，東半年多大風(fēng)，西部偏干燥，東部偏于濕潤。區(qū)：冬季較長且寒冷干燥，夏季炎熱濕潤，降水量相對集中，春秋季短促，氣溫變化劇烈，春季雨雪稀少，多大風(fēng)風(fēng)沙天氣，夏季多冰雹和雷暴，氣溫年較差大，日照豐富。區(qū)：夏季悶熱，冬季濕冷，氣溫日較差小，年降水量大，日照偏少。區(qū)：夏季炎熱，冬季溫暖，濕度大，氣溫年較差和日較差均小，降雨量大。區(qū)：立體氣候特征明顯，大部分地區(qū)冬濕夏涼，干濕季節(jié)分明，常年有雷暴雨，多霧，氣溫年較差小，日較差偏大，日照較強(qiáng)烈，部分地區(qū)冬季氣溫偏低。區(qū)：長年氣溫偏低，氣候寒冷干燥，氣溫年較差小而日較差大，空氣稀薄，透明度高，日照豐