第二章建筑外环境

第二章建筑外环境第1页，课件共70页，创作于2023年2月建筑外环境的学习意义建筑外环境通过建筑影响室内的建筑环境建筑环境学的任务了解各种内、外部因素是如何影响建筑室内环境的为得到良好的室内建筑环境以满足人们生活和生产的需要，首先必须了解建筑外环境的变化规律及其特征。第2页，课件共70页，创作于2023年2月构成外环境的气候要素温度湿度太阳辐射风降水地温有效天空温度第3页，课件共70页，创作于2023年2月建筑外环境的基本特点太阳辐射是决定地球宏观气候和微观气候的主要因素太阳辐射是影响室内环境最重要的气候因素太阳辐射因时、因地变化第4页，课件共70页，创作于2023年2月本章内容太阳辐射室外气候我国气候分区建筑微气候建筑物及人的生产、生活活动对局部微气候影响太阳辐射作用以及地球宏观气候的特点

第5页，课件共70页，创作于2023年2月可见光紫外线近红外线长波红外线太阳辐射电磁作用太阳辐射第6页，课件共70页，创作于2023年2月太阳辐射波谱及能量近红外线：0.76µm～3.0µm，45.2%远红外线：3.0µm～，2.2%可见光：0.38µm-0.76µm，45.6%紫外线：0.2µm-0.38µm，7.0%太阳辐射第7页，课件共70页，创作于2023年2月问题太阳投射给地球表面能量的大小？太阳辐射第8页，课件共70页，创作于2023年2月太阳与地球的相对位置地球直径1.27万千米，太阳直径是地球110倍太阳离地球的平均距离约1.5亿千米照射到地球的太阳光线是平行的太阳辐射第9页，课件共70页，创作于2023年2月太阳辐射第10页，课件共70页，创作于2023年2月太阳入射到地平面的入射角变化空间时间太阳辐射第11页，课件共70页，创作于2023年2月影响因素决定地球上被照面太阳辐射大小的因素垂直面的太阳辐射照度太阳光线与被照面的入射角大气的吸收与反射太阳辐射第12页，课件共70页，创作于2023年2月太阳常数太阳辐射照度：1m2黑体表面在太阳辐射下所获得的辐射能通量，W/m2某处的地球大气层外，太阳与地球的年平均距离处，与太阳光线垂直的表面上的太阳辐射照度是常数，太阳常数，I0=1353W/m2太阳辐射第13页，课件共70页，创作于2023年2月入射角的变化太阳位置：地球上某一点所看到的太阳方向空间地理位置时间季节时刻接受面的朝向（方位）太阳辐射第14页，课件共70页，创作于2023年2月太阳位置的表示太阳高度角：太阳光线与地平面之间的夹角太阳方位角：太阳光线在地平面上的投影与南向（当地子午线）的夹角，偏西为正，偏东为负。太阳高度角太阳方位角太阳辐射第15页，课件共70页，创作于2023年2月地理位置纬度（）季节赤纬（d）时刻时角（h）太阳高度角和方位角的计算sin

=cos

coshcosd+sin

sindsinA=cosdsinh/cos

太阳高度角、方位角的影响因素太阳辐射第16页，课件共70页，创作于2023年2月高纬度地区太阳高度角低，低纬度地区太阳高度角高。清晨和傍晚太阳高度角低，中午太阳高度角高。冬季太阳高度角低，夏季太阳高度角高。关于太阳高度角的认识太阳辐射第17页，课件共70页，创作于2023年2月关于太阳方位角的认识夏季冬季太阳辐射第18页，课件共70页，创作于2023年2月水平面上的直射辐射照度垂直面上的直射辐射照度坡度为Θ平面上的直射辐射照度太阳辐射强度与太阳入射角太阳辐射第19页，课件共70页，创作于2023年2月太阳高度角太阳辐射强度与太阳入射角太阳辐射第20页，课件共70页，创作于2023年2月

北纬40°总辐射强度的年变化趋势太阳辐射强度与朝向太阳辐射第21页，课件共70页，创作于2023年2月太阳辐射强度的影响因素入射角接受面的朝向（方位）太阳高度角太阳方位角大气层的削弱程度？入射角大气透明度（地理位置、季节、日期）第22页，课件共70页，创作于2023年2月大气层对太阳辐射的作用云层的反射各种气体分子、尘埃、微小水珠的散射大气气体（氧、臭氧、二氧化碳和水蒸气）的吸收反射、散射和吸收的共同影响，使到达地球表面的太阳辐射照度大大削弱，辐射光谱也因此发生了变化

太阳辐射能的去向太阳辐射第23页，课件共70页，创作于2023年2月落到地球的太阳辐射能量三部分组成直射辐射：为可见光和近红外线散射辐射：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太阳辐射第24页，课件共70页，创作于2023年2月距离大气层上边界线x处，与太阳光线垂直的表面上(即太阳法向)的太阳直射辐射照度的梯度与其本身强度成正比

太阳辐射强度的变化规律dIx

=-kIxIx=I0exp(-kx)IL=I0exp(-kL)太阳位于天顶P=IL/I0IN=I0Pm太阳不位于天顶m=L’/L=1/sin

Is,z=INsin

水平面上的太阳直射强度Ic,z=INcoscos（A+α）垂直面上的太阳直射强度dx法线太阳辐射第25页，课件共70页，创作于2023年2月大气透明度的变化范围主要在0.65～0.75之间变化，但在一个月份的晴天中可近似认为是常数。P越接近1，大气越清澈。Il=I0exp(-kL)P=Il/I0m=L’/L=1/sin

k：单位厚度大气层消光系数，m-1P：大气透明度m：大气质量某城市晴天条件下大气透明度的变化几个参数的定义太阳辐射第26页，课件共70页，创作于2023年2月第二节室外气候风温度湿度降水有效天空温度地温室外气候第27页，课件共70页，创作于2023年2月风风由于大气压差所引起的大气水平方向的运动风的种类大气环流地方风风的成因地表增温不同室外气候第28页，课件共70页，创作于2023年2月大气环流赤道得到太阳辐射大于长波辐射散热，极地正相反。地表温度不同是大气环流的动因，风的流动促进了地球各地能量的平衡。盈余区域短缺区域净增益净损失辐射增益区随纬度基本不变占地面积40％过渡区占地面积36％损失区占地面积36％室外气候第29页，课件共70页，创作于2023年2月地方风由于地表水陆分布、地势起伏、地面覆盖等地方性条件所引起的海陆风山谷风季风室外气候第30页，课件共70页，创作于2023年2月第31页，课件共70页，创作于2023年2月

梯度风下垫面对气流的摩擦作用，风速沿垂直方向存在梯度，地面为0m/s，可认为按幂函数规律分布边界层厚度取决于地表粗糙度边界层厚度气象站0.14市中心0.33室外气候第32页，课件共70页，创作于2023年2月风的表示—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室外气候第33页，课件共70页，创作于2023年2月空气温度主要指距地面1.5m高，背阴处的空气温度。室外气候第34页，课件共70页，创作于2023年2月空气温度的日变化

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时室外气候第35页，课件共70页，创作于2023年2月空气温度的年变化

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。第36页，课件共70页，创作于2023年2月气温变化的原因空气与地表面以导热、对流和长波辐射形式进行热交换而被加热或冷却，对太阳辐射几乎是透明体。地面与空气的热量交换（对流换热）是气温升降的直接原因空气温度是如何产生变化的？白天地表温度升高与空气温度升高，谁是诱因？夜间地表温度降低与空气温度降低，谁是诱因？室外气候第37页，课件共70页，创作于2023年2月气温变化的影响因素主要的影响因素入射到地面上的太阳辐射热量地表覆盖面对太阳辐射的吸收和反射性能大气对流的作用室外气候第38页，课件共70页，创作于2023年2月空气温度的局部效应霜洞效应：洼地冷空气聚集造成气温低于地面上的空气温度室外气候第39页，课件共70页，创作于2023年2月空气温度的垂直分布正常情况空气温度随高度的增加而降低空气容易产生垂直和水平的流动，空气层处于不稳定状态逆温状况空气的温度随高度而增加对自然对流有很强的抑止作用，空气层处于相对稳定的状态第40页，课件共70页，创作于2023年2月逆温层正常的温度梯度：地表热，高空冷原因

地面有冷源夜间长波辐射白天的晴朗无风会加剧附近有较低温的海风吹来工业城市的人为散热会加剧第41页，课件共70页，创作于2023年2月湿度来源

水体蒸发植物蒸发特点绝对湿度一日中相对稳定相对湿度与气温变化反相室外气候第42页，课件共70页，创作于2023年2月湿度

年变化内陆和沿海地区差别较大室外气候第43页，课件共70页，创作于2023年2月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、冰雹等降水强度：24小时的降水总量，单位mm(或cm)影响因素

气温地形大气环流海陆分布室外气候第44页，课件共70页，创作于2023年2月大气逆辐射室外气候大气逆辐射：大气层中的CO2、H2O、臭氧等气体分子吸收太阳辐射和地面的反射辐射，具有一定温度，投向地面的长波辐射热，波长范围主要集中在5～8µm及13µm以上。大气逆辐射起到保存地球热量的作用，对于地面热量平衡具有很大的意义。第45页，课件共70页，创作于2023年2月有效天空温度地面与大气层之间的辐射换热量将大气层等价为黑体，采用有效天空温度Tsky表示大气逆辐射：有效天空温度的影响因素云量：云量增加，逆辐射增加，有效天空辐射降低水汽量：水汽量增加，逆辐射增加，有效天空辐射降低地表温度空气温度水蒸汽分压力日照百分率室外气候第46页，课件共70页，创作于2023年2月地层温度地层表面受到太阳辐射和对天空的长波辐射的影响，并以导热方式向土壤深处传递地层表面的月平均温度波动幅度基本等于室外月平均气温波动的幅度：北京全年最大月平均温差30.8℃，北京地层表面温度全年的波幅为15.4℃温度波在向地层深处传递时，有衰减和延迟；1.5m后温度日波动由于衰减可忽略。15m深度后温度年波动可忽略，成为恒温层（土壤深层），温度比地面气温的全年平均值高1～3℃。室外气候第47页，课件共70页，创作于2023年2月地层温度室外气候恒温层温度第48页，课件共70页，创作于2023年2月地层温度深度达到某一个部位，最热月时此处的温度反而低于该点的全年平均温度，而在最冷月时，该点的温度要高于全年平均温度。未考虑地热影响的室外气候第49页，课件共70页，创作于2023年2月第三节我国气候分区的特点“民用建筑热工设计规范”（GB50176－93）的五个建筑热工设计分区主要指标：累年一月和七月的平均温度辅助指标：累年日平均温度低于5℃和大于25℃的天数第50页，课件共70页，创作于2023年2月建筑热工设计分区严寒地区夏热冬冷区夏热冬暖区温和地区寒冷地区严寒地区寒冷地区严寒地区第51页，课件共70页，创作于2023年2月分区名称分

区

指

标设

计

要

求主

要

指

标辅

助

指

标严寒地区最冷月平均温度≤-10

C日平均温度≤5

C的天数≥145天必须充分满足冬季保温要求，一

般可不考虑夏季防热寒冷地区最冷月平均温度-10~0

C日平均温度≤5

C的天数90~145天应满足冬季保温要求，部分地区兼顾夏季防热夏热冬冷地

区最冷月平均温度0~10

C，最热月平均温度25~30

C日平均温度≤5

C的天数0~90天，日平均温度≥25

C的天数为49~110天必须满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温夏热冬暖地

区最冷月平均温度>10

C，最热月平均温度25~29

C日平均温度≥25

C的天数100~200天必须充分满足夏季防热要求，一般可不考虑冬季保温温和地区最冷月平均温度0~13

C，最热月平均温度18~25

C日平均温度≤5

C的天数0~90天部分地区应考虑冬季保温，一般可不考虑夏季防热建筑热工设计分区及设计特点第52页，课件共70页，创作于2023年2月城市是一个人类的生产和生活活动高度密集的区域建筑物交通工具建筑物本身以其高达墙面而成为一种风障，并在地面与其他建筑物上投下阴影，都会改变该处的气候条件，形成与农村腹地气候迥然不同的城市微气候。第53页，课件共70页，创作于2023年2月第四节城市微气候特点城市风场与远郊不同。除风向改变以外，平均风速低于远郊的来流风速。气温较高，形成热岛现象。形成大量的城市阴影。第54页，课件共70页，创作于2023年2月小区风场风场是指风向、风速的分布状况特点城区的平均风速减小，边界层高度加大局部区域的主导风向与来流主导风向不同高层建筑群内产生局部高速流动（风洞效应）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第55页，课件共70页，创作于2023年2月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。第56页，课件共70页，创作于2023年2月小区风场改变建筑布局，小区风环境有明显改善。第57页，课件共70页，创作于2023年2月城市热岛1983年1月26～27日1982年7月热岛现象：城市中心的温度高于郊区，且市内各区的温度也不一致，如果绘制出等温线，就会看到与岛屿的等高线极为相似，这种气温分布的现象称为“热岛现象”。第58页，课件共70页，创作于2023年2月热岛强度热岛强度：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。单位：℃第59页，课件共70页，创作于2023年2月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月第60页，课件共70页，创作于2023年2月城市热岛的成因下垫面是气候形成的重要因素得热散热蓄热人为散热（交通、空调采暖家用电器、炊事）太阳辐射得热（反射率降低，得热面积增加）潜热散热对流散热长波辐射散热（周围建筑物和天空）热容量增加第61页，课件共70页，创作于2