建筑外环境课件

建筑外环境§1地球绕日运动的规律§2太阳辐射§3室外气候§4城市微气候§5我国气候分区特点Think，建筑因为什么而存在？气候对建筑物的影响能量消耗建筑构造的耐久性建筑设计受当地气候环境很大的制约气候是决定建筑物特征、建筑材料和技术的主要因素自然环境建筑物特征自然环境建筑物特征干热气候浅色表面提供阴凉的屋顶挑檐通风开口收集冷空气的后院寒冷气候绝热、密封结构暖湿气候轻质材料通风的阁楼降雪气候屋顶负载力大倾斜屋顶说几个与建筑物密切有关的气候要素吧自然环境和建筑物之间的关系引起的一系列后果值得关注：不可再生资源的消耗（化石燃料）人的寿命期内可替换能源的消耗（森林）对当地生态环境有害的改变（滥伐森林）对全球生态环境有害的改变（气候改变）§1地球绕日运动的规律一、地球与太阳的相对位置的表示1.纬度2.太阳赤纬3.时角h4.太阳高度角β5.方位角A1.公转：地球按一定轨道绕太阳的运动，公转一周的时间为一年2.黄道面：地球公转的轨道平面，地球自转轴与黄道面成66.5°夹角二、概念§1地球绕日运动的规律3.赤纬：太阳光线与地球赤道平面之间的夹角。从赤道平面算起，向北为正，向南为负，是表证不同季节的数值，全年在±23.5°之间变化。一年中不同季节有不同的太阳赤纬。§1地球绕日运动的规律主要季节的太阳赤纬角值季节日期赤纬d日期季节夏至6月21日或22日+23°27′小满5月21日左右+20°00′7月21日左右大暑立夏5月6日左右+15°00′8月8日左右立秋谷雨4月21日左右+11°00′8月21日左右处暑春分3月21日或22日0°9月22日或23日秋分雨水2月21日左右-11°00′10月21日左右霜降立春2月4日左右-15°00′11月7日左右立冬大寒1月21日左右-20°00′11月21日左右小雪-23°27′12月22或23日冬至§1地球绕日运动的规律4.纬度：地球表面某地的纬度是该点对赤道平面偏北或偏南的角位移。赤道纬度为零，由赤道向两极各分90°，北半球称北纬，南半球称南纬（无正负）5.时角h：通过地心O点与观察点P的连线OP在地球赤道平面上的投影与当地时间12点时日地中心连线在赤道平面上的投影之间的夹角。地球自转一周为一天，不同的时间有不同的时角h=15τ（度）τ—太阳经正午后至观测时所经时间（午后正,午前负）§1地球绕日运动的规律时角h和地理纬度§1地球绕日运动的规律6.太阳高度角β：太阳光线与地平面之间的夹角。日出、日落时太阳高度角为零，一天中正午时分即当地太阳时12时太阳高度角最大。7.太阳方位角A：太阳光线在地平面上的投射线偏离南向的角度。以正南点为零，顺时针方向的角度为正值，表示太阳位于下午的范围；反时针方向的角度为负值，表示太阳位于上午的范围

A如果地轴不倾斜，气候（季节）与现在有什么不同？§1地球绕日运动的规律二、太阳高度角和方位角的确定3.关系式：2.影响太阳高度角和方位角的因素①赤纬d：表明季节（即日期）的变化②时角h：表明时间的变化③纬度：表明观察点所在的位置1.目的：用于进行日照时数、日照面积、房屋朝向和间距以及房屋周围阴影区范围等问题的设计。§1地球绕日运动的规律三、地方时与标准时日照设计所用时间均为地方时，日常钟表指示的时间为标准时日照设计时需换算1.概念：①地方时：即当地平均太阳时，是日照时间所用时间②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③世界时：本初子午线处的平均太阳时④标准时：各国家按所处地理位置的某一范围划定所有地区的时间以某一中心子午线的时间为标准时间我国从东5时区到东9时区横跨5个时区，标准时间为东经120°（东8时区）的平均太阳时，称北京时间。§1地球绕日运动的规律2.关系式：⑤本初子午线：穿过伦敦的格林威治天文台的子午线（经线），是经度的零度线，自零度线向东和向西各分180°，称为东经和西经。

T0=Tm＋4（L0－Lm）

式中T0—标准时间，min；Tm—地方平均太阳时，min；L0—标准时间子午线的经度，deg；Lm——当地时间子午线所在处的经度，deg；4（L0－Lm）—时差，min。§1地球绕日运动的规律这是在东半球的计算公式容易混淆的问题：1.赤纬d值有正负之分，从赤道平面算起，向北为正，向南为负。2.纬度无正负之分，赤道为零，由赤道向两极各分90°，北半球称北纬，南半球称南纬。3.时角h有正负之分，一天中正午即当地平均太阳时12时（地方时）为零，午前为负，午后为正。每小时的时角为15°。4.太阳高度角无正负之分，日出、日落时太阳高度角为零，一天中正午即当地平均太阳时12时（地方时）高度角最大。5.太阳方位角A有正负之分，观察点所在地平面的正南点为零，顺时针方向的角度为正值（下午时分），反时针方向的角度为负值（上午时分）。6.正午或中午指当地平均太阳时12点（地方时），下午2时指标准时间。§1地球绕日运动的规律【例1】求北纬35°地区立夏日午后3点的太阳高度角和方位角。【解】已知则按公式（2-2）、（2-3）可得【例2】求广州地区地方平均太阳时12点钟相当于北京标准时几点几分？（已知北京标准时间子午线的经度为东经120°，广州所处经度为东经113°19′）【解】按公式（2-1）=12时27分即两地时差为27分。§1地球绕日运动的规律§2太阳辐射

太阳辐射与气温、湿度、风速是四个描述建筑热环境（不论室内热状况或是室外热作用）的热物理量，又叫热气候参量。热量传递的三种方式——辐射、对流和传导（在近地面发生）一、太阳常数与太阳辐射的电磁波（一）概念：1.辐射照度I：指1m2黑体表面在太阳辐射下所获得的热量值，表示太阳辐射热量的大小，单位为W/m2，可用仪器（天空辐射仪）直接测量2.太阳常数I0

：指太阳与地球之间为年平均距离时，地球大气层上边界处，垂直于阳光射线的表面上，单位面积单位时间内来自太阳的辐射能量。I0=1353W/㎡。

此值与地理位置或一天中的时间无关。

§2太阳辐射黑体：物体能全部吸收外来射线，即白体：物体能全部反射外来射线，即透明体：物体能全部透射外来射线，即灰体：物体的单色发射率不随波长变化，即、、、分别为吸收率、反射率、透射率和发射率（又叫黑度或黑率）§2太阳辐射黑体非灰体(选择性辐射体)灰体普通玻璃只能透过可见光，对λ＞3μm的红外线近似不透明体；雪对可见光吸收率很小，对全波长射线吸收率接近黑体；白布和黑布对可见光吸收率不同，对红外线的吸收率基本相同。§2太阳辐射物体对外来射线的吸收能力的高低不能按物体的颜色判断Think，利用这个特性在夏季可以采用什么措施隔热？材料对热辐射的吸收和反射性能主要取决于表面的颜色、板性（导电性）和光滑平整程度短波辐射：颜色起主导作用长波辐射：板性起主导作用§2太阳辐射【例】平板型太阳能吸收器表面对太阳辐射的吸收率为0.92，表面发射率为0.15，吸收器表面积为20平米，表面温度为80℃，周围空气温度为18℃，表面的对流换热系数为，当吸收器表面的太阳辐射照度为，天空温度为0℃时，试计算该吸收器可利用的太阳辐射热和它的效果。§2太阳辐射吸收器表面的热平衡为：太阳辐射得热+天空辐射得热=对流失热+表面辐射失热+可利用的太阳辐射热【解】§2太阳辐射太阳辐射得热天空辐射得热对流失热表面辐射失热可利用的太阳辐射热效率在各种波长的辐射中，能转化为热能的主要是可见光部分（45.6%）0.38～0.76

m和0.76～3.0

m的近红外线。0.380.76（二）太阳辐射§2太阳辐射太阳高度角紫外线可见光红外线90°4%46%50%30°3%44%53%0.5°028%72%可见光（0.38～0.76

m）：在照明学上有重要的意义红外线（0.77～4.0

m）：造成热效果的主要因素紫外线（0.2～0.4

m）:杀菌；促进人体合成维生素D

注意：日照强度大小和时间长短会对人类行为产生影响§2太阳辐射太阳高度角越高，紫外线及可见光成分越多，红外线则相反二、大气层对太阳辐射的吸收到达地球表面的太阳辐射直射辐射散射辐射

1)大气对太阳辐射的削弱程度取决于射线在大气中射程的长短及大气质量射程长短与太阳高度角和海拔高度有关2)到达地面的太阳辐射强度取决于地球对太阳的相对位置(太阳高度角和路径)和大气透明度（一）

太阳辐射的分类光线向各个方向的反射叫做散射（scattering）

（二）影响因素

§2太阳辐射太阳辐射在大气层中的减弱还和射线通过大气层的厚度有关，此厚度取决于太阳高度角，由于中午时刻射线通过大气层的厚度最小，早晚较大，故中午获得的太阳辐射能量比早晚大。§2太阳辐射在地球表面大多数地方可供利用的太阳辐射强度值约为1000W/m2，在工业城市中由于大气污染，还将减弱10～20%。§2太阳辐射太阳能利用：玻璃：可透过2μ以下射线，将投射到上面的太阳辐射的大部分透射入室内，对3μ以上的长波辐射基本不透过，使得室内常温下物体所辐射的长波辐射就阻隔在室内，产生“温室效应”。太阳能吸收器表面材料：要求对0.3～3μ的波长范围的单色吸收率尽可能接近1（太阳辐射几乎集中在0.3～3μ的波长范围），对＞3μ的波长范围的单色吸收率尽可能接近0，以便从太阳辐射中吸收较多能量，而自身辐射热损失较小。

温室通过两种方式来锁住热量：温室内部释放的红外线辐射不能轻易穿透玻璃；温室玻璃阻隔空气运动而使温室中的热空气不能继续上升。§2太阳辐射大气的保温效应与第一种方式类似。大气中能锁住同样能量的气体叫做温室气体（greenhousegas），如水汽、二氧化碳和甲烷等，导致大气变暖（globalwarming）。思考：地球大气中的哪些气体能像温室一样锁住热量？全球变暖可能导致哪些后果？哪些人类活动导致地球大气中二氧化碳含量的增加？空气中二氧化碳含量的增加对全球气温有什么影响？哪种化学物质是导致平流层中臭氧损耗最主要的原因？如果没有温室效应，地球将变成怎样？太阳辐射如何使你的房子增温？是否有些房间在上午更暖和些，而有些房间在下午更暖和？窗帘或百叶窗的开关对室温有什么影响？§2太阳辐射阳光经过大气层时,太阳辐射照度的衰减规律：IX=I0exp（-kx）式中IX—离开大气层上部边界距离x处的辐射强度，W/㎡；k—比例常数（消光系数），m-1，大小与大气成分、云量等有关，k值越大辐射强度衰减越大；x—太阳光线的行进路程，即太阳光线透过大气层的距离，由太阳位置计算。（三）吸收规律

§2太阳辐射当太阳位于天顶时(日射垂直地面）Il=I0exp(－kL)=I0exp（-a）令Il/I0=P，称大气透明度，是衡量大气透明度的标志，P=0.65～0.75，越接近1大气越清澈当太阳不在