第二章建筑外環(huán)境

第二章建筑外環(huán)境主要內(nèi)容第一節(jié)地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律第二節(jié)太陽輻射第三節(jié)室外氣候第四節(jié)城市微氣候第五節(jié)我國氣候分區(qū)特點(diǎn)第二章建筑外環(huán)境雖然我們的研究對(duì)象以室內(nèi)環(huán)境為主，但室內(nèi)環(huán)境，尤其是熱濕環(huán)境受室外環(huán)境的影響非常大，所以有必要了解室外環(huán)境為什么要考慮建筑外環(huán)境？為了控制室內(nèi)環(huán)境，依賴于外環(huán)境。滿足人生產(chǎn)生活需求。第二章建筑外環(huán)境外環(huán)境是怎樣影響室內(nèi)環(huán)境的？建筑物所在地的氣候條件和外部環(huán)境，會(huì)通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)直接影響室內(nèi)環(huán)境室內(nèi)空氣品質(zhì)與熱濕環(huán)境直接受室外氣候的影響室內(nèi)自然光環(huán)境直接受室外光氣候的影響室內(nèi)聲環(huán)境是在室外聲環(huán)境的基礎(chǔ)上形成的第二章建筑外環(huán)境宏觀氣候——太陽輻射的作用及地球氣候的特點(diǎn)地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律太陽輻射室外氣候微觀氣候——人類營造的建筑物與生活、生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)局部微氣候的影響風(fēng)場、城市熱島、日照及建筑物的配置我國的氣候分區(qū)特點(diǎn)指城市因大量的人工發(fā)熱、建筑物和道路等高蓄熱體及綠地減少等因素，造成城市“高溫化熱帶、亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒溫帶。南部的雷州半島、海南省、臺(tái)灣省和云南南部各地，全年無冬，四季高溫多雨。長江和黃河中下游地區(qū)，四季分明。北部的黑龍江等地區(qū)，冬季嚴(yán)寒多雪。廣大西北地區(qū)，降水稀少，氣候干燥，東冷夏熱，氣溫變化顯著。西南部的高山峽谷地區(qū)，依海拔高度的上升涉及內(nèi)容第一節(jié)地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律地球繞日的運(yùn)動(dòng)倫敦格林尼治天文臺(tái)東經(jīng)西經(jīng)北緯南緯180°90°0°0°北半球南半球經(jīng)度經(jīng)線緯線緯度地球經(jīng)度圈地球緯度圈同地球表面相交同地球表面相割第一節(jié)地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律赤緯δ地球中心和太陽中心的連線與地球赤道平面的夾角赤緯δ北回歸線南回歸線計(jì)算日在一年中的日期序號(hào)南北回歸線：太陽每年在地球上直射來回移動(dòng)的分界線。第一節(jié)地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律地球的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)軸（年/轉(zhuǎn)）～1.53×108km～1.47×108km66o33’冬至：12月22日90o(δ

=0o)春分：3月21日66o33’夏至：6月21日

δ=－23o27’

δ=＋23o27’90o(δ=0o)秋分：9月22日NNNNSSSS自轉(zhuǎn)軸（日/轉(zhuǎn)）黃道面第一節(jié)地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律地球的公轉(zhuǎn)第一節(jié)地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律關(guān)于四季春分、秋分：晝夜相等夏至：北半球晝長夜短，南半球相反冬至：北半球晝短夜長，南半球相反二分二至日（統(tǒng)稱）第一節(jié)地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律地球的自轉(zhuǎn)第一節(jié)地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律地方平均太陽時(shí)p9太陽通過當(dāng)?shù)氐淖游缇€時(shí)為正午12點(diǎn)來計(jì)算一天的時(shí)間世界時(shí)以本初子午線處的平均太陽時(shí)為世界時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)真太陽時(shí)T以當(dāng)?shù)靥栁挥谡舷虻乃矔r(shí)為正午12時(shí)，地球自轉(zhuǎn)15°為1小時(shí)24個(gè)時(shí)區(qū)，每個(gè)時(shí)區(qū)包含經(jīng)度15°。以本初子午線東西各7.5°為零時(shí)區(qū)，向東西各12個(gè)時(shí)區(qū)，相鄰兩個(gè)時(shí)區(qū)相差1小時(shí)當(dāng)?shù)氐胤狡骄枙r(shí)第一節(jié)地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律世界時(shí)區(qū)24個(gè)時(shí)區(qū)相鄰兩個(gè)時(shí)區(qū)相差1小時(shí)我國東5區(qū)~東9區(qū)北京時(shí)間：東8區(qū)第一節(jié)地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律例題北京時(shí)間12點(diǎn)時(shí)，求北京、上海的地方平均太陽時(shí)。（北京處于東經(jīng)116°19′，上海處于東經(jīng)121°26′）第一節(jié)地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律太陽時(shí)角h當(dāng)時(shí)太陽入射的日地中心連線在地球赤道平面上的投影與當(dāng)?shù)卣嫣枙r(shí)12點(diǎn)時(shí)，日、地中心連線在赤道平面上的投影之間的夾角第一節(jié)地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律太陽在空間的位置太陽高度角β——太陽光線與水平面間的夾角太陽方位角A——太陽至地面上某給定點(diǎn)連線在地面上的投影與當(dāng)?shù)刈游缇€的夾角第一節(jié)地球繞日運(yùn)動(dòng)的規(guī)律影響太陽高度角和方位角的因素赤緯δ——季節(jié)的變化時(shí)角h——時(shí)間的變化地理緯度φ——觀察點(diǎn)所在的位置第二節(jié)太陽輻射太陽輻射照度1㎡黑體表面在太陽輻射下所獲得的輻射能通量大氣層外的太陽輻射照度幾乎為定值太陽常數(shù)I0=1353W/㎡月份123456789101112輻射照度140513941378135313341316130813151330135013721392大氣層邊界處第二節(jié)太陽輻射太陽輻射波譜可見光紫外線近紅外線長波紅外線第二節(jié)太陽輻射太陽總輻射能量比例第二節(jié)太陽輻射大氣層對(duì)太陽輻射的吸收超短波X射線和其他一些超短波射線在通過電離層時(shí)，會(huì)被氧、氮及其他大氣成分強(qiáng)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(diǎn)的散射大部分紫外線被大氣中的臭氧吸收長波被大氣層中的二氧化碳和水蒸氣等溫室氣體吸收第二節(jié)太陽輻射到達(dá)地面的太陽輻射直接輻射可見光和近紅外線散射輻射被大氣中的水蒸氣和云層散射，可見光和近紅外線大氣長波輻射被大氣層吸收掉的太陽輻射將其中一部分能量送到地面第二節(jié)太陽輻射第二節(jié)太陽輻射擴(kuò)散和散射能量平衡對(duì)流和傳導(dǎo)冷凝潛熱凈損失27+20+19-6=10+8+23+19第二節(jié)太陽輻射大氣對(duì)太陽輻射的削弱程度取決于大氣中行程的長短及大氣質(zhì)量，行程長短及大氣質(zhì)量都與太陽高度角有關(guān)低緯度地區(qū)，太陽高度角高，太陽直射輻射照度大高緯度地區(qū)，太陽高度角低，太陽直射輻射照度小中午，太陽高度角大，直射輻射照度大早晨和傍晚，太陽高度角小，直射輻射照度小第二節(jié)太陽輻射不同緯度水平面上太陽輻射時(shí)刻/h不同緯度受照情況太陽輻射強(qiáng)度/Wm-2第二節(jié)太陽輻射大氣層質(zhì)量m反映太陽光在大氣層中通過距離的長短，取決于太陽高度角的大小I0INI1βLI0基于距大氣層上邊界x處與太陽光線垂直表面上的太陽直射輻射照度Ix的梯度與其本身強(qiáng)度成正比太陽不在天頂時(shí)，到達(dá)地面的距離第二節(jié)太陽輻射大氣透明度P衡量大氣透明度的標(biāo)志，P越接近1，大氣越清澈0.65~0.75到達(dá)地面的太陽輻射取決于地球?qū)μ柕南鄬?duì)位置（太陽高度角和路徑）和大氣透明度第二節(jié)太陽輻射我國將大氣透明度作了6個(gè)等級(jí)的分區(qū)，1級(jí)最透明296544332第二節(jié)太陽輻射坡度為θ的平面上的直射輻射照度水平面上的直射輻射照度垂直面上的直射輻射照度根據(jù)太陽直射照度可以分別算出水平面和垂直面上的照度第二節(jié)太陽輻射各種大氣透明度下的直射輻射強(qiáng)度北緯40°的太陽日總輻射照度第二節(jié)太陽輻射第三節(jié)室外氣候大氣壓力隨著海拔高度的增加，氣壓值按指數(shù)減少海平面大氣壓力稱作標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，為101325Pa或760mmHg陸地上同一位置處，冬季的大氣壓力比夏季的高，變化范圍在5%以內(nèi)第三節(jié)室外氣候氣壓隨緯度的分布赤道帶為低壓帶30°~50°為副熱帶高壓帶60°~70°處氣壓最低極地區(qū)域氣壓又增加第三節(jié)室外氣候氣壓日變化熱帶變化明顯溫帶變化平緩氣壓年變化赤道區(qū)變化不大，高緯度區(qū)變化較大大陸冬季氣壓高，夏季低；海洋冬季氣壓低，夏季高第三節(jié)室外氣候低氣壓環(huán)境物理性影響器官損傷，尤其是肺部高空減壓病皮下組織氣腫現(xiàn)象缺氧效應(yīng)急性缺氧：只能堅(jiān)持?jǐn)?shù)秒至數(shù)分鐘亞急性缺氧：暴露在缺氧環(huán)境數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)慢性缺氧：長期暴露在輕度或中度缺氧環(huán)境下高氣壓環(huán)境p18第三節(jié)室外氣候風(fēng)成因：大氣環(huán)流——赤道和兩極間的溫差造成各地氣候差異的主要原因之一地方風(fēng)——地方性條件不同海陸風(fēng)和山谷風(fēng)——局部地方晝夜受熱不均勻以一晝夜為周期季風(fēng)——海陸間季節(jié)溫差以年為周期地表增溫不同大氣壓力差風(fēng)地表水陸分布、地勢(shì)起伏、表面覆蓋等第三節(jié)室外氣候風(fēng)的形成和對(duì)地球熱平衡的影響通過對(duì)流的凈能量流赤字過剩緯度梯度帶交換第三節(jié)室外氣候大氣邊界層厚度取決于地表的粗糙度邊界層內(nèi)風(fēng)速沿垂直方向存在梯度是由于下墊面對(duì)氣流有摩擦作用從地球表面到500~1000m高的這層空氣。第三節(jié)室外氣候風(fēng)速的測量對(duì)于風(fēng)速梯度，計(jì)算關(guān)系式：氣象站所記錄的風(fēng)速為當(dāng)?shù)?0m高處的風(fēng)速高度為h的某點(diǎn)風(fēng)速Vh所求地點(diǎn)不同、地形不同，δ和a的取值均不同（表2-2）風(fēng)向方位圖用角度表示風(fēng)向，是把圓周分成360度，北風(fēng)(N)是0度(即360度)，東風(fēng)(E)是90度，南風(fēng)(S)是180度，西風(fēng)(W)是270度，其余的風(fēng)向都可以由此計(jì)算出來第三節(jié)室外氣候風(fēng)吹來的方向定為風(fēng)的方向第三節(jié)室外氣候蒲福（FrancisBeaufort）風(fēng)力等級(jí)表第三節(jié)室外氣候風(fēng)玫瑰圖風(fēng)向頻率分布圖風(fēng)速頻率分布圖第三節(jié)室外氣候海陸風(fēng)和山谷風(fēng)第三節(jié)室外氣候室外溫度指距地面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空氣溫度變化的原因——地面溫度變化影響地面附近氣溫的因素入射到地面的太陽輻射熱量地面的覆蓋面大氣的對(duì)流作用第三節(jié)室外氣候空氣溫度的垂直分布正常情況空氣溫度隨高度的增加而降低（垂直衰減率為：0.6℃/100m）空氣容易產(chǎn)生垂直或水平的流動(dòng)，空氣層處于不穩(wěn)定狀態(tài)逆溫情況空氣溫度隨高度的增加而增加（在一定的高度范圍內(nèi)）對(duì)自然對(duì)流有很強(qiáng)的抑制作用，空氣層處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)第三節(jié)室外氣候逆溫層多種原因夜間（尤其是晴朗無風(fēng)的夜晚）的長波輻射，地面溫度低較低溫的海風(fēng)吹入城市（上層空氣被大量的人為散熱加熱）正常的溫度梯度：地表熱，高空冷逆溫層地面長波輻射遞減率第三節(jié)室外氣候霜洞效應(yīng)洼地冷空氣聚集造成氣溫低于地面上的空氣溫度無風(fēng)力擾動(dòng)第三節(jié)室外氣候氣溫的日變化日較差一日內(nèi)氣溫的最高值和最低值之差我國從東南向西北遞增第三節(jié)室外氣候氣溫的年變化年較差一年內(nèi)最熱月與最冷月的平均氣溫差我國自南到北、自沿海到內(nèi)陸遞增第三節(jié)室外氣候同一高度，離建筑物越遠(yuǎn)，溫度越低草地地面的溫度比混凝土地面低第三節(jié)室外氣候有效天空溫度Tsky與氣溫有關(guān)與大氣中的水汽含量、云量以及地表溫度等因素有關(guān)與地方的海拔高度有關(guān)大氣層中的氣體分子、塵埃等吸收一部分透過大氣層的太陽輻射和來自地面的反射輻射，從而具有一定的溫度，回向地面進(jìn)行長波輻射。大氣層向地面逆輻射有效輻射第三節(jié)室外氣候估算Tsky接近實(shí)際的計(jì)算公式第三節(jié)室外氣候地溫地溫變化取決于太陽輻射和地面對(duì)天空的長波輻射，可看作是周期性的溫度波動(dòng)溫度波向地層深處傳遞時(shí)，會(huì)造成溫度波的衰減和時(shí)間上的延遲地層表面的溫度波動(dòng)幅度基本等于室外氣溫全年的波動(dòng)幅度恒溫層第三節(jié)室外氣候地溫的預(yù)測采用傅里葉導(dǎo)熱微分方程求解過余溫度第一類邊界條件地層原始溫度地面溫度地下建筑空調(diào)負(fù)荷計(jì)算時(shí)，需要對(duì)不同深度處的地層溫度進(jìn)行預(yù)測第三節(jié)室外氣候在深度達(dá)到某一個(gè)部位，最熱月的溫度低于該點(diǎn)的全年平均溫度，最冷月的溫度高于全年平均溫度在地面溫度出現(xiàn)最高值時(shí)，地下構(gòu)筑物的溫度不處于這一深度溫度波的最高值，可能會(huì)隨深度的不同而處于最低或較低值第三節(jié)室外氣候濕度空氣中水蒸氣的含量來源：水體蒸發(fā)、植物蒸發(fā)用絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度來表示影響因素：地面性質(zhì)、水陸分布、季節(jié)寒暑、天氣陰晴等大陸低于海面，夏季高于冬季，晴天低于陰天第三節(jié)室外氣候相對(duì)濕度的日變化與氣溫變化趨勢(shì)相反水蒸氣含量少，但是溫度低；大水蒸氣含量多，但是溫度高；低第三節(jié)室外氣候相對(duì)濕度的年變化內(nèi)陸和沿海區(qū)差別較大第三節(jié)室外氣候同一高度，離建筑物越遠(yuǎn)，相對(duì)濕度越大草地地面的相對(duì)濕度比混凝土地面大第三節(jié)室外氣候降水從大地蒸發(fā)出來的水進(jìn)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)水分降水量：降落到地面的雨、雪、冰雹等溶化后，未經(jīng)蒸發(fā)或滲透流失而積累在水平面上大的水層厚度，mm降水時(shí)間：一次降水過程從開始到結(jié)束的時(shí)間，h或min降水強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)的降水量，以24h的總量劃分為小雨（＜10mm）、中雨（10~25mm）、大雨（25~50mm）、暴雨（50~100mm）影響因素：氣溫、大氣環(huán)流、地形、海陸分布的性質(zhì)及洋流復(fù)雜第三節(jié)室外氣候我國降水分布圖第四節(jié)城市微氣候城市氣候的特點(diǎn)城市大氣污染大氣透明度低氣溫較高風(fēng)速減小，風(fēng)向隨地而異城市地表蒸發(fā)減弱，濕度變小微氣候建筑物周圍地面上的屋面、墻面、窗臺(tái)等特定地點(diǎn)的氣溫、濕度、壓力、風(fēng)速、陽光、輻射等第四節(jié)城市微氣候風(fēng)場指風(fēng)向和風(fēng)速的分布狀況城市風(fēng)環(huán)境主要影響城市的污染狀況；建筑群內(nèi)的風(fēng)場主要影響熱環(huán)境不當(dāng)風(fēng)場的問題冬季導(dǎo)致采暖負(fù)荷增加夏季自然通風(fēng)不良高風(fēng)速影響人的活動(dòng)和熱舒適性低風(fēng)速導(dǎo)致氣體污染物聚集在小區(qū)旋風(fēng)區(qū)域積聚廢棄物第四節(jié)城市微氣候風(fēng)場圖小區(qū)內(nèi)部局部區(qū)域出現(xiàn)的高風(fēng)速氣流（風(fēng)洞效應(yīng)）第四節(jié)城市微氣候風(fēng)場的研究方法利用風(fēng)洞的物理模型實(shí)驗(yàn)方法利用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的數(shù)值模擬方法冬季有效抑制風(fēng)速夏季保證氣流通暢第四節(jié)城市微氣候城市熱島市中心的溫度高于郊區(qū)溫度，市內(nèi)各區(qū)溫度分布也不同1983年，北京的熱島效應(yīng)1983年1月26～27日1982年7月第四節(jié)城市微氣候城市熱島產(chǎn)生的原因下墊面特殊的物理性質(zhì)、城市內(nèi)的低風(fēng)速、城市內(nèi)較大的人為熱等第四節(jié)城市微氣候不同下墊面的地表面溫度下墊面對(duì)氣溫的影響不同下墊面的反射和吸收比第四節(jié)城市微氣候熱島強(qiáng)度以熱島中心氣溫減去同時(shí)間同高度（距地1.5m處）附近郊區(qū)的氣溫差值農(nóng)村住宅城市內(nèi)部第四節(jié)城市微氣候熱島強(qiáng)度與逆溫層逆溫層在地面以上一定高度溫度隨高度上升，使污染物處于低溫區(qū)域，妨礙了污染物向上部的擴(kuò)散，其影響范圍與熱島強(qiáng)度有關(guān)，小城市約為50m，大城市可達(dá)500m以上高空逆溫層被困的煙霧層海拔高度第四節(jié)城市微氣候熱島強(qiáng)度的評(píng)價(jià)方法現(xiàn)場測試計(jì)算機(jī)模擬分布參數(shù)模型集中參數(shù)模型CCTC模型改進(jìn)模型第四節(jié)城市微氣候紫外線殺菌，波長0.2~0.38μm合成維生素D，預(yù)防佝僂病，波長0.29~0.32μm曬黑可見光自然采光心理影響：冬日室內(nèi)的大片光斑會(huì)給人帶來愉悅感紅外線熱效果：減少采暖負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能的目的第四節(jié)城市微氣候日照作用冬季采暖：充分利用太陽能自然采光：適當(dāng)?shù)纳⑸漭椛湫睦碛绊懀憾帐覂?nèi)光斑對(duì)人的心理有積極作用影響因素緯度：決定太陽高度角和日射強(qiáng)度建筑布局：決定遮擋情況目標(biāo)冬天盡量多夏天盡量少只有充分的日照才能得到保證第四節(jié)城市微氣候日照標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)間和日照質(zhì)量來衡量最低標(biāo)準(zhǔn)：保證足夠或最低的日照時(shí)間我國民用住宅設(shè)計(jì)規(guī)范中，要求冬至日的滿窗日照時(shí)間不低于1小時(shí)作為最低的日照標(biāo)準(zhǔn)第四節(jié)城市微氣候建筑物的配置日照間距：為了得到充分的日照，南北方向相鄰建筑樓間距不得低于一定限制第四節(jié)城市微氣候互遮擋：被其他建筑物遮擋而得不到日照自遮擋：由于本幢建筑物的某部分的遮擋造成沒有日照的現(xiàn)象終日陰影：一天中都沒有日照永久陰影：一年中都沒有日照第四節(jié)城市微氣候788:00建筑的互遮擋冬至日的情況8:009:0016:0014:001