02第2章外环境

1第二章建筑外环境2为什么要考虑建筑外环境?1.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，为得到良好的室内气候条件以满足人们生活和生产的需要，必须了解主要气候要素的变化规律及其特征。2.一个地区的气候是在许多因素综合作用下形成的。主要有：太阳辐射、气温、湿度、风、降水等等。3第一节地球绕日运动的规律伦敦格林威治天文台经线或子午线纬线东经西经北纬南纬180°90°0°0°41、经度：本初子午线所在平面与某地子午线所在平面的夹角。以本初子午线为零经度线，向东180度，称东经，向西180度，称西经。2、纬度：以本地法线与赤道的夹角。赤道纬度为零，自赤道向北极分90度，称北纬，向南极分90度，称南纬。3、平均太阳时：以太阳通过该地的子午线时为正午12点来计算一天的时间。经度不同的地区，正午时间不同。54、世界时：以本初子午线所在的平均太阳时为世界时间的标准时。全世界按经度分24个时区，每区15度，以本初子午线东西各7.5度为零时区，向东12个时区，向西12个时区。5、标准时：每个时区都按它的中央子午线的平均太阳时为计时标准。690E地球每转1°，需要4分钟标准时T0和地方平均太阳时TmT0=Tm+4(L0-Lm)问题：西安地方平均太阳时和北京时间差多少?北京时间76、日照：是指物体表面被太阳光直接照射的现象。建筑物对日照的要求根据它的使用功能及当地气候情况而定。7、黄道面：地球绕太阳公转轨道的平面。黄道面与地轴始终保持66.5度的倾角。80°0°+23.5°-23.5°8、太阳的位置与日照的关系：赤纬：太阳光线与地球赤道平面之间的夹角。赤纬d+23.5°北回归线-23.5°南回归线9南北回归线109、太阳高度角：太阳方向与水平面的夹角。10、太阳方位角：太阳方向的水平投影偏离南向的角度。太阳时角太阳高度角太阳方位角sin=coscoshcosd+sinsindsinA=cosdsinh/cos11第二节太阳辐射可见光紫外线近红外线长波红外线122.2.1太阳常数与太阳辐射的电磁波1、辐射强度：指1平方米黑体表面在太阳辐射下所获得的热量值。可见光45.6%紫外线7.0%近红外线45.2%长波红外线2.2%132、大气层外的辐射强度为1353W/m2，称为太阳常数。3、太阳辐射波谱：太阳高度角越高，紫外线及可见光越多；红外线则相反，太阳高度角越高，红外线越少。141、进入大气层后被反射、散射和吸收，光谱成分有所改变，辐射强度大大削弱，太阳高度角是重要影响因素。2、到达地面的太阳辐射：直接辐射和散射辐射。3、大气对太阳辐射的削弱程度取决于：射线射程的长短、大气质量。2.2.2大气层太阳辐射的吸收15太阳辐射能与太阳高度角太阳高度角16太阳辐射强度与朝向北纬40°的总辐射强度174、关于太阳高度角（1）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（2）冬季太阳高度角低，夏季太阳高度角高（3）清晨和傍晚太阳高度角低，中午太阳高度角高（4）高纬度地区太阳高度角低，低纬度地区太阳高度角高18太阳高度角冬夏不同195、落到地球上太阳辐射能量由三部分组成（1）直射辐射：为可见光和近红外线（2）散射辐射：被大气中的水蒸汽和云层散射，为可见光和近红外线(3）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。所谓太阳总辐射强度一般仅包括前两部分206、大气透明度（1）定义：I1/I0=P=exp(-kL)，P＝1最透明（2）变化范围：0.65~0.75，在一个月份的晴天中可近似认为是常数（3)我国将大气透明度作了6个等级的分区，1级最透明0.60.650.70.750.80.85024681012月份大气透明度P东京晴天的大气透明度逐月值21我国的大气透明度分区654433222第三节室外气候1海平面大气压力称作标准大气压，为101325Pa或760mmHg2大气压力随海拔高度而变3气压周期性变化-101234567405060708090100110大气压力(kPa)海拔高度(km)北京太原拉萨昆明玛多兰州格尔木一、大气压力23二、风与大气边界层1、风：由于大气压差所引起大气水平方向的运动。（1）大气环流：造成全球各地差异赤道和两极温差引起大气由赤道到两极、两极到赤道的活动（2）地方风：造成局部差异，以一昼夜为周期地方性地貌条件不同造成，如海陆风、季风、山谷风、庭院风、巷道风等24大气环流赤道得到太阳辐射大于两极。地表温度不同是大气环流的原因，风的流动促进了地球各地能量的平衡。25大气环流地球的自转把赤道上空向两极流动的气流变成西风26海陆风和山谷风272、风的测量（1）测量开阔地面10m高处的风向和风速作为当地的观测数据风向：风吹来方向v28（2）风玫瑰图某地的风向频率分布实线为全年，虚线为7月份某地一年的风速频率分布29北京地区的风玫瑰图粗线：全年细实线：冬季，12~2月份虚线：夏季，6~8月份30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0~0.210.10.1烟能表示方向，但方向标不能转动0.3~1.520.20.3人面感觉有风，树叶微响，方向标能转动1.6~3.330.61.0树叶及微枝摇动不息，旌旗展开3.4~5.441.01.5能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝摇动5.5~7.952.02.5有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波8.0~10.763.04.0大树枝摇动，举伞困难10.8~13.874.05.5全树摇动，迎风步行感觉不便13.9~17.185.57.5树枝折毁，人向前行，感觉阻力甚大17.2~20.797.010.0建筑物有小损，烟囱顶部及平屋摇动20.8~24.4109.012.5可使树木拔起或使建筑物损坏较重。陆上少见。24.5~28.41111.516.0陆上很少见，有则必有广泛破坏28.5~32.61214.0－陆上绝少见，摧毁力极大32.7~36.931三、室外气温1、定义：指距地面1.5m高，背阴处的空气温度。变化：与地表面以导热、对流和长波辐射形式进行热交换使空气温度被加热或冷却。2、日较差：一日内气温的最高值和最低值之差。3、年较差：一年内最冷月和最热月的月平均气温之差。4、年平均温度：向高纬度地区每移动200~300km降低1℃。32空气温度年较差与纬度的关系太阳辐射和气温变化331820222426283032024681012141618202224时间(小时)温度(℃)5、空气温度日变化：规律性武汉九月初一天的气象数据一天中最高气温一般出现在下午2~3时，最低气温一般出现在凌晨4~5时346、空气温度的年变化武汉某年的气象数据一年中最热月一般在7、8月份，最冷月一般在1、2月份。-10010203040073014602190292036504380511058406570730080308760时间(小时)温度(℃)357、空气温度的局部效应受地面反射率、夜间辐射、气流、遮阳等影响，离建筑物越远，温度越低36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37四、有效天空温度参考文献：刘森元，黄远峰：天空有效温度的探讨，《太阳能学报》，Vol.4,No.1,pp.63-68,19834/1404])70.030.0)(026.032.0(9.0[TSTTeddsky地表温度空气温度水蒸汽分压力日照百分率38五、地温1、表面温度的变化取决于太阳辐射，是周期性的波动2、地层表面月平均温度波动幅度小：北京全年最大月平均温差30.8℃，地层表面温度全年波幅为15.4℃3、温度波在向地层深处传递时，有衰减和延迟；一定深度后为恒温层。394、若考虑地热的影响，深度每增加1米，地层平均温度增加1/30℃左右。与当地地质条件有关。未考虑地热影响的40六、湿度1、水蒸气来源水体蒸发植物蒸发2、影响因素地面性质水体分布季节阴晴413、相对湿度（1）日变化相对湿度与气温变化相反42（2）年变化内陆和沿海地区差别较大43七、降水1、降水：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。2、降水性质（1）降水量：指降落到地面的雨、雪、冰雹等融化后未蒸发而积累在水平面上的水层厚度。（2）降水时间：指一次降水从开始到结束的持续时间。（3）降水强度：单位时间的降水总量。小雨、中雨、大雨、暴雨。3、影响因素：气温地形、大气环流、地形、海陆分布444、我国降水分布我国降水基本集中在夏季，长江流域在夏初有“梅雨”降雪集中在北纬35°以北45第四节城市微气候1微气候:是指离地30-120cm高度范围内，建筑物周围的地面、屋面、墙面、窗台等地点的风、阳光、辐射、气温与湿度。2建筑物本身高大的屏蔽会改变周围微气候。46此处易聚集垃圾一、风场：指风向、风速的分布状况（1）形成机理建筑物对来流风的阻碍和聚集作用小区内太阳辐射使各表面存在温差而形成自然对流（2）不当风场的危害冬季造成热负荷增加高风速影响人员行动夏季自然通风不良47小区风场建筑的布局对小区风环境有重要的影响。北京，在北风来流7.6m/s时，局部1.5m高处出现10m/s的高风速北48风场的3-D图：1.5m高处北49小区风场改变建筑布局，小区风环境有明显改善北50小区风场建筑布局风场模拟北北51二、城市热岛：绘制等温曲线，与岛屿的等高线相似的气温分布。（1）热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5m高处）附件远郊的气温的差值。52（2）城市热岛的成因A自然条件:市内风速、对天空长波辐射云量：市区内云量大于郊区太阳辐射：市内大气透明度低下垫面的吸收和反射特性、蓄热特性B人为影响：“人为热”:交通、家用电器、炊事产热空调采暖产热53城市热岛的成因：下垫面的影响不同下垫面的反射和吸收比不同下垫面的地表面温度下垫面对气温的影响砖石地面草地裸露的土地54城市热岛与逆温层由于自然对流的作用，在地面以上一定高度内形成了一个温度随高度上升的稳定的“逆温层”，使污染物处于低温区域，妨碍了污染物向上部的扩散，加剧了城市的污染程度。“逆温层”的影响范围与热岛强度有关，在大城市可达500m高，小城市约为50m。55伦敦的城市热岛伦敦地区冬季月均热岛强度达到6.7℃（12F）56北京的城市热岛北京80年代初城市热岛强度为夏季1.5℃，冬季5℃。家用空调的普及和车辆的剧增必然导致近年夏季热岛强度增加。1983年1月26～27日1982年7月57北京某新建小区的热岛模拟S2区临马路，S3区绿化好，老区建筑布局不通风25262728293031323334351:005:009:0013:0017:0021:00Time(h)T(℃)气象站S3S2老区5859三、日照建筑物的配置1、日照的作用与效果（1）日照：是指物体表面被太阳光直接照射象。（2）日照标准：由日照时间和日照质量来衡量。A以冬至日底层住宅得到的日照时间作为最低标准：冬至日满窗日照时间不低于1小时。B日照质量；通过日照时间的积累和每小时日照面积组成。60（3）日照过少导致人体产生的褪黑色素增加，疲劳、引起精神忧郁。（4）紫外线强大的杀菌作用，促进合成维生素D色素沉淀，导致皮肤癌（5）可见光获得照明（6）红外线带来辐射热能612、建筑物的配置和外行与日照关系（1）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。为得到充分日照，必须考虑南北方向的相邻楼间距。（2）日影终日日影：由于其他建筑的遮挡，一天中都没有日照。永久日影：由于其他建筑的遮挡，终年没有日照。62（3）建筑布局与日照建筑的互遮挡：不同建筑物相互遮挡建筑的自遮挡：建筑物一部分被另一部分遮挡（4）阴影与建筑物的体形有关建筑物体形：正方形、长方形、L形及凹形。6364永久日影红线区内为永久日影区65建筑的互遮挡情况66第五节我国气候分区特点1、我国幅员辽阔，