第1讲：建筑与气候

1张秀欣祝:同学们新学期学习进步、生活愉快！2建筑物理（ArchitecturalPhysics）建筑热环境建筑光环境建筑声环境2010年3月3绪论1、什么是建筑物理是研究建筑与环境中的声、光、热等物理现象以及这些物理现象与建筑相互作用的一门学科是建筑环境科学的重要组成部分物理环境的特点在于对人体的影响是潜在的、渐变的，对人体的伤害是可恢复的•噪声的影响•气候的影响•光污染的影响•其它环境的影响：水环境、空气污染等建筑物理课程与其它物理课程的区别4绪论2、建筑物理研究的内容主要包括建筑声学、建筑光学和建筑热工学三篇研究建筑与环境中的声、光、热等物理现象及其影响因素研究符合可持续发展的建筑物理环境要求或标准研究材料的声学、光学、热工性能研究为获得良好的物理环境的建筑设计原理和方法建筑节能与可持续发展新能源技术在建筑中的应用交叉学科，涉及的方面较为广泛：建筑学、环境学、物理学、美学、材料学等等5可持续建筑的含义建筑及其环境若能做到有利于：综合用能；多能转换；三向发展（以地球表面为基准面，向天空、海洋、地下发展）；自然空调；立体绿化；生态平衡；智能运行；弘扬文脉；素质培养;持续发展；美感、卫生、安全。那么，在永久的将来就可能做到有效的发挥其正确的物质功能和精神功能的作用，而不会受到关键性资源（含物质和精神两方面）的耗尽或过荷的强迫而衰退。这种建筑称为可持续建筑。6绪论3、为什么要学习建筑物理建筑物理环境因素对建筑的形式有着重要作用•传统民居的形式：四合院、窑洞、干阑、中东民居、爱斯基摩小屋、北欧建筑等；•厅堂类建筑：•其它建筑：节能建筑、太阳房、冷库、实验建筑等良好的物理环境是生态建筑、绿色建筑、健康建筑的基础注册建筑考试科目之一必修课7绪论4、如何学习建筑物理课程注重基本物理概念和基本原理的掌握探求建筑设计方法的本质对建筑范例作深度思考，去皮抽筋结合实际工程、课程设计，有意识地考虑设计中的建筑物理要求，把学到的知识融入作品。8绪论5、主要参考书目柳孝图主编，《建筑物理》（第二版）刘加平主编，《建筑物理》（第三版）（俗称“五校合编建筑物理”）清华大学编，《建筑声环境》、《建筑光环境》、《建筑热环境》《民用建筑热工设计规范》、《建筑气候区划标准》、《建筑采光设计标准》GB/T50033—2001等各类国家标准各类设计指南和生态建筑案例分析。9第一篇建筑热环境我对于建筑的定义，一是为了宗教仪式的需要，另一方面是为了保持体温的需要。——汉斯.霍莱茵10汉斯·霍莱茵是维也纳建筑师中在当今国际建坛上最有影响的人物。他对维也纳建筑传统的“敏感”比同时代的任何人都强烈。这可以从他著名的奥地利交通部办公楼设计中看出。1965出生的他设计的哈斯购物中心，集商店、餐厅与办公为一体的商业建筑。该建筑连接两个街区，跨座于地铁之上，建筑立面细腻的融合了石材与玻璃。此建筑的对面是近八百年历史的斯蒂芬大教堂。1986年规划之时，备受争议，1990年完成之后好评如潮，都赞许HansHollein将新旧不同时代的建筑活化了。可以说是当今社会多元化建筑思潮的一个反映。在历史地段建筑创作中对人文传统的敬重和他的自信。汉斯.霍莱茵:11建筑热工学概述（一）建筑物外围护结构将人们的生活与工作空间分为室内和室外两部分，因而，建筑热环境分为室内热环境和室外热环境。属于室外的因素：太阳辐射、空气的温、湿度、风、雨雪等－－室外热湿作用。属于室内的因素：空气温湿度、生产和生活散发的热量、水分等－－室内热湿作用。12建筑热工学概述（二）建筑热环境设计包括：建筑保温设计、防潮设计、隔热设计、建筑节能设计等。建筑热环境设计目标：舒服健康高效。从生态建筑开始。13努美亚的东部，让.马里.吉芭欧文化中心：一面暴露在南太平洋强风中，另一面则沐浴在柔和的微风中，双层的外壳结构由木质的肋和梁支撑着……。文化中心通过兢兢业业的努力，在面对不同的因素，如空间、时间、文化和气候等，寻求达到人工与自然、传统与技术、回忆与创新的临界平衡的具体效果。14不同的展厅展示了不同文化相关的艺术作品外立面结构使用的木条可以让光和视线通过151617光线，通风和自然空调：国会大厦的痕迹“一个完全可持续的，从环境的角度来看是负责任的，事实上也完全无污染的公共建筑”18覆盖着各种角度镜子的锥体，反射水平射入建筑内的光线。19建筑热工学概述（三）全篇共分6讲第1讲：建筑与气候第2讲：建筑热环境基础知识第3讲：建筑围护结构保温第4讲：建筑围护结构防热第5讲：建筑围护结构与自然通风第6讲：建筑日照与遮阳20第一讲：建筑与气候1.1、室外热环境1.2、多姿多彩的全球气候1.3、影响建筑设计的气候因素1.4、气候分区21第一讲：建筑与气候室外热环境是室外气候的组成部分，是建筑设计的依据；建筑外围护结构的主要功能即在于抵御或利用室外热环境的作用。做好建筑设计，必须掌握室外气候学的基本知识，熟悉建筑与气候的关系。1.1室外热环境22气候与地方特征气候与其它相关因素共同影响建筑。例如气候条件决定了一个地区的水源、植被状况，对地质土壤也有一定程度的影响，从而大体上限定了该地区的建筑材料。气候还会影响人、社会审美等方面的差异性，最终间接而又鲜明的影响到建筑本身气候因素（日照、降水、温度、湿度等）直接影响建筑的功能、形式、围护结构。是紧凑的还是疏松的？是封闭的还是开敞的？是厚重的还是轻盈的？是平屋顶还是坡屋顶……所有这些构成了乡土建筑的最基本特征。23气候与地方特征的技术策略：1.适应地域气候。2.使用本地材料3.利用本地廉价劳动力，采取一种手工式、劳动密集型的作业方式。4.多采取低层高密度的模式。5.采用一种可逐渐增长的模式，便于改建和扩建。6.注重地方文化和民俗习惯。241.2多姿多彩的全球气候全球气候分区图25建筑与气候26多姿多彩的全球气候27建筑与气候中东大部分地处干旱和半干旱荒漠地区，地处炎热的沙漠气候与地中海型气候的过渡地带，伊拉克的夏季炎热干燥，冬季却寒冷多雨。28建筑与气候封闭的厚重的建筑29建筑与气候紧凑的封闭的建筑30建筑与气候31建筑与气候32建筑与气候33屋顶和自然通风34屋顶和自然通风拱顶和穹顶的优点在于：室内高度有所增加，人们头顶富裕的空间，可以保证热空气的上升和聚集在远离人体的位置；屋顶的表面积有所增加，太阳辐射作用在扩大的面积上，平均的辐射强度相对降低，屋顶吸收的平均热量下降，因此对室内的辐射强度有所减少；在一天的多数时间内，一部分屋顶处于阴影区，可以吸收室内和相对较热的屋顶部分的热量，将其辐射到阴影区内温度较低的空气中。35极地气候圆顶雪屋-爱斯基摩小屋36极地气候圆顶雪屋37热带雨林气候萨摩亚人的“伞”形草屋疏松的开敞的轻盈的建筑形式：物理环境因素对建筑的形式有着重要作用38热带季风气候干季和湿季39沙漠气候安纳沙兹人的“悬崖宫殿”40沙漠气候沼泽阿拉伯人的芦苇屋伊拉克41大陆性气候山西绥德靠山窑42中国传统民居形式——陕西窑洞43大陆性气候圆顶毡房蒙古包44大陆性气候圆顶毡房蒙古包45地中海气候突利石屋意大利46海洋性西海岸气候印第安人的“长屋”夏洛特女王岛“长屋”47山地气候卡帕多西亚地区的岩居48建筑地方特色与全球一体化“全球一体化”在促进社会发展和经济繁荣的同时，也对地方文化产生了毁灭性的影响。随着科学技术的进步，气候对建筑的影响也在逐渐递减。建筑究竟采用坡屋顶还是平屋顶已经基本上与降水量毫无关系，而是由社会文化和审美意识所决定。机械空调装置为创造理想舒适的室内环境提供了必要条件，无论是在冰雪飘扬的北极还是闷热潮湿的赤道，人们都可以获得春天般的感觉。而这些在工业社会之前是无法想象的。491.3影响建筑设计的气候因素结合气候设计的五大要素：1.太阳辐射2.空气温度3.气压与风4.大气湿度5.凝结与降水50a）太阳辐射结合气候设计的五大要素太阳辐射是来自太阳的电磁波辐射在地球表面上，太阳光谱的波长范围约在0.28~3.0微米之间。太阳光谱可大致划分为三个区段：紫外线、可见光、红外线。可见光的波长：0.38至0.78微米。6110mm51太阳辐射52（a）太阳辐射结合气候设计的五大要素•太阳常数：在地球大气层外，太阳与地球的平均距离处，与太阳光线相垂直的表面上、单位面积、单位时间里所接收到的太阳辐射能称为太阳常数。•太阳常数值约为1367w/m253太阳辐射结合气候设计的五大要素•直射辐射与散射辐射•太阳辐射在透过大气层到地面的过程中又受到大气层中臭氧、水蒸气、二氧化碳等的吸收和反射而减弱。其中一部分穿过大气层直接辐射到地面的称为直射辐射；被大气层吸收后，再辐射到地面的称为散射辐射54太阳辐射55太阳辐射长波辐射与短波辐射凡是起源于太阳的辐射，包括地球上水面、玻璃和混凝土对太阳辐射的反射以及天空和云层的散射均属短波辐射。建筑物这一部分和另一部分之间通常传递的辐射能以及最后辐射输出的能都是长波辐射56b）室外温度室外空气温度取决于地球表面温度57室外温度室外气温•室外气温通常指距地面1.5m高、背阴处的空气温度。•影响室外气温的主要因素有太阳辐射照度、气流状况、地面覆盖情况以及地形等等。•空气温度取决于地球表面温度•温度的年变化和日变化58室外气温与城市热岛现象在建筑物与人口密集的大城市，由于地面覆盖物吸收的辐射热多，发热体也多，形成市中心的温度高于郊区，即”城市热岛”现象。热岛现象也有明显的日变化和年变化，一般冬季强夏季弱，夜晚强白天弱。热岛现象的存在，使市中心温度较高的空气由于质量轻而向上升，郊区地面的较冷空气则从四面八方流向城市。市区热空气携带的一部分烟尘滞留在城市上空，一部分较重的在郊区沉降，污染地面，因此在城市规划中应减弱或避免产生热岛现象。59室外气温与城市热岛现象60室外气温与城市热岛现象61避免或减弱热岛现象的措施：在城市中增加水面设置、扩大绿化面积。由于水的热容量大，并且可以通过蒸发吸收热量。绿化则除蒸发吸热外，对日辐射还有一定的反射作用，尤其在夏季日辐射照度很大时，可以显著降低周围的空气温度-------绿化可以改善建筑周围小气候。避免方形、圆形城市面积的设计，多采用带形城市设计。室外气温与城市热岛现象62c）气压与风三个全球性的风带：信风、西风和极风。季风系，是由于海、陆加热量的年差所造成的。海陆风，发生于山谷之处；沿海一带又有日风和夜风城市高楼风和街道风63气压与风风向和风速风主要是由于地球表面接受的日辐射不均匀所引起的空气流动造成的,同时受到地形、地势、地表覆盖、水陆分布等局部分布的影响，对一个地区来说风的变化有一定规律。地区的风向频率图（又称风玫瑰图）表示当地的风向规律64海陆风海陆风在白天，陆上的空气温度较同一纬度海上的空气温度为高，热气上升，海上的冷气流即吹向内陆。在夜间,此过程相反.65山谷风在山区，局部的温差会造成局部地风型66风在遇到障碍物而绕行时产生速度和方向的转变，形成街巷风、高楼风街道风、高楼风高度与风速的关系按经验公式估算nhhhVV0067湿空气：指的是干空气与水蒸气的混合物，室内外的空气都是含有一定水分的湿空气。空气湿度：指空气中水蒸气的含量。水蒸气主要来自于水面、植物的蒸发和其它潮湿表面，经风的携带遍布于空气中。a）饱和水蒸气分压力(ps)：在一定温度和气压下空气中所能容纳的水蒸气量有一定的限度，水蒸气量达到最高限度的空气称饱和空气，这时的水蒸气分压力称饱和水蒸气分压力。用ps表示，未饱和的水蒸气分压力用p表示。标准大气压下（气压相同时），空气温度愈高它所能容纳的水蒸气量也愈多。不同温度时的ps见书后附录2d)空气湿度:描述湿空气的物理量（五个量）68描述湿空气的物理量b）空气的实际水蒸气分压力：在整个大气压力中有水蒸气所造成的那部分压力，单位为pa(帕）.水蒸气压力主要随季节而变，通常夏季高于冬季。c）绝对湿度（f）：每立方米湿空气中所含水蒸气的量。单位为g/m3d）相对湿度φ（％）