智能建筑环境学-2建筑外环境2015概要

1、智能建筑环境学 2-建筑外环境 为什么要考虑建筑外环境? 建筑物所在地的气候条件和外部环境， 建筑物所在地的气候条件和外部环境， 会通过围护结构直接影响室内的环境。 会通过围护结构直接影响室内的环境。 如果为了控制室内环境而要利用当地的 室外空气、 室外空气、太阳能、 太阳能、地层蓄能、 地层蓄能、地下水 蓄能、 蓄能、风能等， 风能等，均需依赖于当地的外部 环境与气候条件。 环境与气候条件。 因此为了得到良好的室内气候条件以满 足人们生活和生产的需要， 足人们生活和生产的需要，必须了解当 地各主要气候要素的变化规律及其特征。 地各主要气候要素的变化规律及其特征。 2015/3/24 2 为什

2、么要考虑建筑外环境? 一个地区的气候与建筑的外部环境是在 许多因素的综合作用下形成的。 许多因素的综合作用下形成的。 与建筑环境密切相关的外部环境要素有 太阳辐射、 太阳辐射、气温、 气温、湿度、 湿度、风、降水、 降水、天 空辐射、 空辐射、土壤温度等等。 土壤温度等等。 这些外部环境要素的形成又主要取决于 太阳对地球的辐射， 太阳对地球的辐射，同时又受人类城乡 建设、 建设、以及生活、 以及生活、生产活动的影响。 生产活动的影响。 2015/3/24 3 2.1 室外气候 地球上的气候形成， 地球上的气候形成，是由太阳辐射对地球的作用决定的。 是由太阳辐射对地球的作用决定的。落到地球上的太

3、阳 辐射热主要由地球表面与大气层吸收， 辐射热主要由地球表面与大气层吸收，而地球表面与大气层向太空的长波辐 射是地球向外界散热的主要方式。 射是地球向外界散热的主要方式。 太阳辐射中有51左右被地球表面吸收， 左右被地球表面吸收，有19被大气层和云吸收， 被大气层和云吸收，另外还 有30左右被地面、 左右被地面、大气层和云层直接反射回去， 大气层和云层直接反射回去，而被地球表面和大气层吸 收的太阳辐射热主要是通过长波辐射的形式发射回太空。 收的太阳辐射热主要是通过长波辐射的形式发射回太空。 通过这种地球表面对太阳辐射的吸收和地球表面向太空的长波辐射才能维持 地球表面的热平衡， 地球表面的热平衡

4、，保持地球特有的长期稳定的适宜人类生存的气候条件。 保持地球特有的长期稳定的适宜人类生存的气候条件。 2015/3/24 4 2.1 室外气候 太阳辐射能量落到赤道附近的 要远远多于两极。 要远远多于两极。 尽管赤道地区和地球的两极都 会向太空进行长波辐射， 会向太空进行长波辐射，但赤 道附近地区获得的太阳辐射要 多于对外的长波辐射， 多于对外的长波辐射，极地则 相反。 相反。 因此， 因此，赤道附近的低纬度地区 要比两极附近的高纬度地区热 得多。 得多。 2015/3/24 5 2015/3/2462.1 室外气候赤道与两极存在的 , 即赤道附近的 高温地表 高温地表面加热空气形成上升气流

5、面加热空气形成上升气流 面加热空气形成上升气流, , 而 极地的冷地表面 极地的冷地表面会冷却空气形成下 会冷却空气形成下 沉气流 沉气流, , 从而形成大气环流 从而形成大气环流。 。大气环流会将赤道附近的热量带到两极 大气环流会将赤道附近的热量带到两极, , 减少赤道与两极获得的能量差异 减少赤道与两极获得的能量差异。 。 本节涉及到的影响建筑环境的室外气候因素 本节涉及到的影响建筑环境的室外气候因素, , 包括 度 、 地温 地温、 、 有效天空温度 有效天空温度、 、 降水 等 , 都是由太阳辐射以及地球本身的物理性 质决定的 质决定的。 。2015/3/2472.1.1 室外气候:大

6、气压力空气分子不断地做无规则的热运动 空气分子不断地做无规则的热运动, , 不断地与物体表面相碰撞 不断地与物体表面相碰撞, , 宏观上 宏观上, , 物体表面就受到一个持续的 体表面就受到一个持续的、 、 恒定的压力 恒定的压力。 。 物体表面单位面积所受的大气分子 的压力称为大气压强或气压 。在重力场中 在重力场中, , 空气的分子数随高度的增加而呈指数减少 空气的分子数随高度的增加而呈指数减少, , 所以气压大体上也是随高度按指数降低的 是随高度按指数降低的。 。地面气压恒在 98104 kPa之间变动 之间变动, , 平均约为 101.3 kPa。 随着海拔高度增加 , 气压值按指数减

7、少 气压值按指数减少, , 离地面 10 km 处的气压值只有地面海平面的 25%。 海平面大气压力称作标准大气压 海平面大气压力称作标准大气压, , 为 101.3 kPa 或 760 mmHg。2015/3/2482.1.1 室外气候:大气压力右图为我国不同城市多年平均大气压 力分布 力分布, , 北京海拔为 31m , 大气压力为 101kPa ; 珠穆朗玛峰海拔为 8848m ,大气压力为 31kPa, 数值相差 3倍以上 。由于空气密度与温度成反比 由于空气密度与温度成反比, , 因此在陆地上同一位置 陆地上同一位置, , 冬季大气压力比夏季大气压力高 季大气压力高, , 但变化范围

8、仅在 5%以内 以内。 。我国城市 我国城市(地区 地区 大气压力随海拔高度变化规律2015/3/2492.1.1 室外气候:大气压力标准大气为了给气象制图提供基准 为了给气象制图提供基准, , 根据探测数据和理论计算制定出的一种比较接近实际大气平均状况垂直分布特性的大气 实际大气平均状况垂直分布特性的大气, , 称为标准大气 称为标准大气, , 又称参照 (考 大气 大气。 。 现在较常用的是 1976美国标准大气 美国标准大气。 。 该大气描述了中等太阳活动期间 该大气描述了中等太阳活动期间, , 1000km 以下中纬度地区的平均大气结构 以下中纬度地区的平均大气结构。 。根据测试统计

9、根据测试统计, , 1976美国标准大气 30km 以下部分与我国 45N附近 30 km以下 的实际大气平均状态比较接近 的实际大气平均状态比较接近, , 取该大气的 30 km 以下部分作为我国的标准 大气 (30 km以下 。根据标准大气压高公式和状态方程可获得气压 根据标准大气压高公式和状态方程可获得气压、 、 密度数据 密度数据。 。 相应的压高公式 如下 如下: 2015/3/24102.1.1 室外气候:大气压力 11 km以下 以下:1120km :2030km :式中 P 的单位为 k Pa , H 为海拔高度 为海拔高度, , m 。 图 (a是高度与气压关系的图示 是高度

10、与气压关系的图示。 。26. 55 1026. 21(325. 101H P = 1011(1058. . 22=H eP (16. 41529. 5+=HP (a 气压随高度的分布2015/3/24112.1.1 室外气候:大气压力气压的多年平均值随纬度分布如图 (b所示 所示。 。赤道带为低压带 赤道带为低压带, , 由赤道带往南或往 北气压增高 北气压增高, , 于 3050附近达到最高值 高值, , 称为副热带高压带 称为副热带高压带。 。再往高纬度则气压又下降 再往高纬度则气压又下降, , 于 6070处气压最低 , 南半球的气压下降尤为显著 尤为显著, , 极地区域的气压又有所增加

11、 。(b 平均气压随纬度分布2015/3/24122.1.1 室外气候:大气压力气压有周期性的日变化和年变化 气压有周期性的日变化和年变化, , 还有非周期性的变化 还有非周期性的变化。 。 常和大气环流及天气系统有联系 常和大气环流及天气系统有联系, , 而且变化幅度大 而且变化幅度大。 。气压的日变化在热带表现得很明显 气压的日变化在热带表现得很明显(如图 如图, , ,一昼夜有两个最高值 一昼夜有两个最高值 一昼夜有两个最高值(910时及 2122时 和两个最低值 (34时及 1516时 。 温带地区气压的日变化平缓一些 温带地区气压的日变化平缓一些。 。气压的年变化由地理状况而定 气压

12、的年变化由地理状况而定。 。 赤道区年变化不大 赤道区年变化不大, , 高纬区年变化较大 高纬区年变化较大。 。 大陆 和海洋也有显著的差别 和海洋也有显著的差别, , 大陆冬季气压高 大陆冬季气压高, , 夏季最低 夏季最低, , 而海洋恰好相反 而海洋恰好相反。 2015/3/24132.1.2 室外气候: 风与大气边界层风的分类风是指由于大气压差所引起的大气水平方向的运动 风是指由于大气压差所引起的大气水平方向的运动。 。 地表增温不同是引起大气压力差的主要原因 力差的主要原因, , 也是风的主要成因 也是风的主要成因。 。 风可分为大气环流与地方风两大类 。大气环流 由于照射在地球的上

13、的太阳辐射不均匀 由于照射在地球的上的太阳辐射不均匀, , 造成赤道和两极间的温差 造成赤道和两极间的温差, , 由此引发大气从赤道到两极和从两极到赤道的经常性活动 气从赤道到两极和从两极到赤道的经常性活动, , 叫做大气环流 叫做大气环流。 。 它是造成各地气 候差异的主要原因之一 候差异的主要原因之一, , 如图所示 如图所示。 。 地球的自转和公转也影响了大气环流的走向 地球的自转和公转也影响了大气环流的走向。 2015/3/24142.1.2 室外气候: 风与大气边界层地方风地方风是由于地表水陆分布 地方风是由于地表水陆分布、 、 地势起伏 地势起伏、 、 表面覆盖等地方性条件不同所引

14、起的 , 如海陆风 如海陆风、 、 季风 季风、 、 山谷风 山谷风、 、 庭院风及巷道风等 庭院风及巷道风等。 。海陆风与山谷风是由于局部地方昼夜受热不均匀而引起的 海陆风与山谷风是由于局部地方昼夜受热不均匀而引起的, , 所以其变化以一 昼夜为周期 昼夜为周期, , 风向产生日夜交替的变化 风向产生日夜交替的变化。 。季风是因为海陆间季节温差而引起的 季风是因为海陆间季节温差而引起的:冬季大陆被强烈冷却 冬季大陆被强烈冷却, , 气压增高 气压增高, , 季 风从大陆吹向海洋 风从大陆吹向海洋; ; 夏季大陆强烈增温 夏季大陆强烈增温, , 气压降低 气压降低, , 季风由海洋吹向大陆 季

15、风由海洋吹向大陆。 。 因此 因此, , 季风的变化是以年为周期的 季风的变化是以年为周期的。 。我国的东部地区 我国的东部地区, , 夏季湿润多雨而冬季干燥 夏季湿润多雨而冬季干燥, , 就是受强大季风的影响 就是受强大季风的影响。 。 我国 的季风大部分来自热带海洋 的季风大部分来自热带海洋, , 影响区域基本是东南和东北的大部分区域 影响区域基本是东南和东北的大部分区域, , 夏 季多为南和东南风 季多为南和东南风, , 冬季多为北风和西北风 冬季多为北风和西北风。 。2015/3/24152.1.2 室外气候: 风与大气边界层从地球表面到 5001000m 高的这层空气叫做大气边界层

16、高的这层空气叫做大气边界层, , 其厚度主要取决于地表的粗糙度 表的粗糙度。 。 在平原地区边界层薄 在平原地区边界层薄, , 在城市和山区边界层厚 在城市和山区边界层厚, , 如图所示 如图所示。 。边界层内风速沿垂直方向存在梯度 边界层内风速沿垂直方向存在梯度, , 其形成的原因是 下垫面 对气流有摩擦作用 对气流有摩擦作用。 。 在摩擦力的作用下 在摩擦力的作用下, , 贴近地面处的风速为 0, 沿高度风速递增 沿高度风速递增, , 因为 因为地面摩擦力 地面摩擦力 的影响越往上越小 的影响越往上越小。 。 到达一定高度以后 到达一定高度以后, , 风速不再增大 风速不再增大, , 人们

17、往往把这个高度称 为边界层高度 为边界层高度。 。 图 2-16 不同下垫面区域的风速分布2015/3/24162.1.2 室外气候: 风与大气边界层下垫面下垫面 ( underlying surface 是指与大气下层直接接触的地球表面 是指与大气下层直接接触的地球表面。 。 大气圈 以地球的水陆表面为其下界 以地球的水陆表面为其下界, , 称为大气层的下垫面 称为大气层的下垫面。 。 它包括地形 它包括地形、 、 地质 地质、 、 土 壤和植被等 壤和植被等, , 是影响气候的重要因素之一 是影响气候的重要因素之一。 。2015/3/24172.1.2 室外气候: 风与大气边界层下垫面对大

18、气的影响主要表现在两个方面:一是对气温的影响 一是对气温的影响。 。 由于气温是气候最主要的要素 由于气温是气候最主要的要素, , 故这也是下垫面对大气 的影响主要方面 的影响主要方面。 。 对于低层大气而言 对于低层大气而言, , 由于几乎不能吸收太阳辐射 由于几乎不能吸收太阳辐射, , 而能强 烈吸收地面辐射 烈吸收地面辐射, , 地面辐射成为它的主要直接热源 地面辐射成为它的主要直接热源。 。 此外 此外, , 下垫面还以潜热 输送 输送、 、 湍流输送等方式影响大气热量 湍流输送等方式影响大气热量。 。二是对大气水分的影响 二是对大气水分的影响。 。 大气中的水气也是来自下垫面 大气中

19、的水气也是来自下垫面。 。在相同气象条件下不同下垫面表面温度有很大差异 在相同气象条件下不同下垫面表面温度有很大差异, , 下垫面的绿化能够有效 改善了局部微气候 改善了局部微气候; ; 当地正午太阳高度角对于下垫面表面温度来说起主导作 用 。2015/3/24182.1.2 室外气候: 风与大气边界层下垫面也是影响气候的主要因素之一,主要表现在以下几个方面:1、 海陆差异的影响 海陆差异的影响:主要表现在两方面 主要表现在两方面:1 因热力性质不同 因热力性质不同, , 陆地比海洋气温的年较差和日较差都要大 陆地比海洋气温的年较差和日较差都要大; ;2 海陆位置不同的地区水热状况存在差异 ;

20、2、 洋流的影响 洋流的影响:暖流对大气底部有加热作用 暖流对大气底部有加热作用, , 形成降水 形成降水; ; 寒流有冷却作用 寒流有冷却作用, , 降水偏少 降水偏少, , 但易形成雾 但易形成雾。 。3、 地形的影响 地形的影响:海拔高的地区比海拔低的地区温度低 海拔高的地区比海拔低的地区温度低; ; 坡向对降水也有很 大影响 大影响、 、4、 其他因素的影响 其他因素的影响:例如 例如, , 地表物质组成 地表物质组成(岩石 岩石、 、 土壤 土壤、 、 水面 水面、 、 冰雪和植 被 不同 不同, , 对太阳辐射的放射率也不同 对太阳辐射的放射率也不同, , 从而直接影响到地表对太阳

21、辐射能 的吸收 的吸收, , 进而导致地区间热量状况出现差异 进而导致地区间热量状况出现差异。 。2015/3/24192.1.2 室外气候: 风与大气边界层风向和风速风向和风速是描述风特征的两个要素 风向和风速是描述风特征的两个要素。 。 通常 通常, , 人们把风吹来的地平方向确定 为风的方向 为风的方向, , 如风来自西北方称为西北风 如风来自西北方称为西北风, , 如风来自东南方称为东南风 如风来自东南方称为东南风, , 在 陆地上常用 16个方位表示 个方位表示。 。风速为单位时间风所行进的距离 风速为单位时间风所行进的距离, , 用 m/s来表示 来表示。 。 气象台一般以距平坦地

22、面 10m 高处所测得的风向和风速作为当地的观察数据 高处所测得的风向和风速作为当地的观察数据。 。 风力的等级用蒲福 (Francis Beaufort 风力等级来描述 风力等级来描述。 。 2015/3/24212.1.2 室外气候: 风与大气边界层在接近地面的大气层中 在接近地面的大气层中, , 正常情况下 正常情况下, , 日间空气温度随高度的增加而降低 日间空气温度随高度的增加而降低, ,即由于日间太阳辐射的作用 即由于日间太阳辐射的作用, , 靠近地面的空气温度高 靠近地面的空气温度高, , 远离地面空气温度低 远离地面空气温度低。 。 在这种条件下 在这种条件下, , 由于自然对

23、流的作用 由于自然对流的作用, , 热空气上升 热空气上升, , 冷空气下降 冷空气下降, , 空气很容 易产生垂直和水平的流动 易产生垂直和水平的流动, , 因此这个空气层处于不稳定状态 因此这个空气层处于不稳定状态, , 这种不稳定状 态有利于地面附近的污染物向外部空间扩散 态有利于地面附近的污染物向外部空间扩散。 。但有时在某个高度范围内 但有时在某个高度范围内, , 空气的温度随高度的增加而增加 空气的温度随高度的增加而增加, , 因为它对自然 对流有很强的抑止作用 对流有很强的抑止作用, , 这时空气层就处于相对稳定的状态 这时空气层就处于相对稳定的状态。 。 这种空气层也 称为 称

24、为“ “ 逆温层 逆温层” ” 。逆温层极不利于地面附近空气层中的污染物扩散 逆温层极不利于地面附近空气层中的污染物扩散, , 对城市的大气污染有加剧 作用 作用。 。2015/3/24222.1.2 室外气候: 风与大气边界层逆温层形成的机理有多种 逆温层形成的机理有多种:由于夜间长波辐射的作用使地面冷却 由于夜间长波辐射的作用使地面冷却, , 从而使得接近地面的空气被地面 所冷却 所冷却, , 温度低于远离地面的空气层 温度低于远离地面的空气层, , 就会形成辐射逆温 就会形成辐射逆温。 。在白天晴朗无风的情况下 在白天晴朗无风的情况下, , 大气层被接收太阳辐射的地面加热升温较多 大气层

25、被接收太阳辐射的地面加热升温较多, , 夜间就越容易形成自地面向上的逆温层 夜间就越容易形成自地面向上的逆温层; ; 如果城市排热量大 如果城市排热量大, , 状况就更 严重 严重。 。如果有大量人为散热的工业大城市座落在海滨 如果有大量人为散热的工业大城市座落在海滨, , 其上空的空气层被大量 的城市排热加热 的城市排热加热, , 而较低温的海风贴近地面吹入城市使得地面附近的空 气层温度低于上部的空气层 气层温度低于上部的空气层, , 也会形成逆温层 也会形成逆温层。 。2015/3/24232.1.3 室外气候: 室外气温室外气温室外气温一般是指距地面 1.5m 高 、 背阴处的空气温度

26、背阴处的空气温度。 。 大气中的气体分子在吸收和放射辐射能时具有选择性 大气中的气体分子在吸收和放射辐射能时具有选择性, , 它对太阳辐射几乎是透明体 透明体, , 直接接受太阳辐射的增温是非常微弱的 直接接受太阳辐射的增温是非常微弱的, , 主要靠吸收地面的长波辐 射 (波长在 3120m 范围 范围 而升温 而升温。 。地面与空气的热量交换是气温升降的直接原因 地面与空气的热量交换是气温升降的直接原因。 。 与温暖的地表直接接触的空 气层 气层, , 由于导热的作用而被加热 由于导热的作用而被加热, , 热量又靠对流作用而转移到上层空气 热量又靠对流作用而转移到上层空气。 。 因 此 ,

27、气流或者风带着空气团不断地与地表接触而被加热 气流或者风带着空气团不断地与地表接触而被加热。 。日较差 日较差:一日内气温的最高值和最低值之差 一日内气温的最高值和最低值之差。 。年较差 年较差:一年内最冷月和最热月的月平均气温差 一年内最冷月和最热月的月平均气温差。 。年平均温度 年平均温度:向高纬度地区每移动 200300 km 降低 1 。2015/3/24242.1.3 室外气候: 室外气温影响地面附近气温的主要因素:第一 第一, , 入射到地面上的太阳辐射热量 入射到地面上的太阳辐射热量, , 它起着决定性的作用 它起着决定性的作用; ; 例如气温有四季的变化 季的变化、 、 日变化

28、以及随着地理纬度的变化 日变化以及随着地理纬度的变化, , 都是由于太阳辐射热量的变化 而引起的 而引起的。 。第二 第二, , 地面的覆盖面 地面的覆盖面, , 例如草原 例如草原、 、 森林 森林、 、 沙漠和河流等及地形对气温的影响 沙漠和河流等及地形对气温的影响; ; 不同的地形及地表覆盖面对太阳辐射的吸收和反射的性质均不同 不同的地形及地表覆盖面对太阳辐射的吸收和反射的性质均不同, , 所以地面 的增温也不同 的增温也不同。 。第三 第三, , 大气的对流作用以最强的方式影响气温 大气的对流作用以最强的方式影响气温; ; 无论是水平方向或垂直方向 的空气流动 的空气流动, , 都会使

29、两地的空气进行混合 都会使两地的空气进行混合, , 减少两地的气温差异 减少两地的气温差异。 。2015/3/24252.1.3 室外气候: 室外气温气温有年变化和日变化 气温有年变化和日变化。 。 一般在晴朗天气下 一般在晴朗天气下, , 气温一昼夜的变化是有规律的 气温一昼夜的变化是有规律的, ,气温日变化中有一个最高值和最低值 气温日变化中有一个最高值和最低值。 。最高值通常出现在下午二时左右 最高值通常出现在下午二时左右, , 而不是正午太阳高度角最大的时刻 而不是正午太阳高度角最大的时刻; ; 最低气温一般出现在日出前后 最低气温一般出现在日出前后, , 而不是在午夜 而不是在午夜。

30、 。原因 原因:空气与地面间因辐射换热而增温或降温 空气与地面间因辐射换热而增温或降温, , 都需要经历一段时间 都需要经历一段时间。 。由于海陆分布与地形起伏的影响 由于海陆分布与地形起伏的影响, , 我国各地气温的日较差一般从东南向西北 递增 递增。 。 我国多数地区的夏季计算日较差在 510 的范围内 的范围内。 。2015/3/24262.1.3 室外气候: 室外气温空气温度的局部效应受地面反射率 受地面反射率、 、 夜间辐射 夜间辐射、 、 气流 气流、 、 遮阳等影响 遮阳等影响, , 离建筑物越远 离建筑物越远, , 温度越低 2015/3/24272.1.3 室外气候: 室外气

31、温空气温度的局部效应霜洞效应 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 2015/3/24 282.1.5 室外气候: 有效天空温度有效天空温度 大气层的辐射主要是由二氧化碳 大气层的辐射主要是由二氧化碳、 、 水蒸气等气体分子所造成 水蒸气等气体分子所造成, , 它们吸收一部分透过大气层的太阳辐射 分透过大气层的太阳辐射(约占 10% %和来自地面的反射辐射 和来自地面的反射辐射 和来自地面的反射辐射, , 从而具有一 定的温度 定的温度, , 因此会 向地面进行长波辐射 , 波长范围主要集中在 58m 及 13m 以上 以上。 。经常采用所谓的 经常采用所谓的“ “ 有效天空温

32、度 有效天空温度” ” Tsky 来计算 Qsky 。2015/3/24292.1.4 室外气候: 有效天空温度有效天空温度有效天空温度不仅与气温有关 有效天空温度不仅与气温有关, , 而且与大气中的水汽含量 而且与大气中的水汽含量、 、 云量以及地表温度等因素有关 度等因素有关。 。云层 云层、 、 雾会使有效天空温度升高 雾会使有效天空温度升高。 。在沙漠中由于天气晴朗以及空气中的水汽量稀少 在沙漠中由于天气晴朗以及空气中的水汽量稀少, , 所以有效天空温度很低 所以有效天空温度很低。 。随着高度的增大 随着高度的增大, , 有效天空温度随之减小 有效天空温度随之减小。 。2015/3/2

33、4302.1.5 室外气候: 地温地温表面温度的变化取决于太阳辐射和对天空的长波辐射 表面温度的变化取决于太阳辐射和对天空的长波辐射, , 可看作是周期性的温度波动 度波动。 。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 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 温度波在向地层深处传递时, , 有衰减和延迟 有衰减和延迟; ; 1.5m 后日变化被滤掉 后日变化被滤掉; ; 一定深 度后便成为恒温层 度后便成为恒温层, , 温度比全年气温平均温度高 1

34、2 。除日温度波动外 除日温度波动外, , 土壤表层温度还随着年气温变化而波动 土壤表层温度还随着年气温变化而波动, , 年温度波动波幅 大 、 周期长 周期长, , 影响深度比日温度波动大得多 影响深度比日温度波动大得多。 。 2015/3/24 312.1.5 室外气候: 地温地温深度达到某一个部位 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 温度, , 而在最冷月时 而在最冷月时, , 该点的温度要高于全年平均温度 要高于全年平均温度。 。如果考虑地热的影响 如果考虑地热的影响, , 深度每增加1米 , 地层平均温度一般就会增加1/30 左右 左右。 。 但与

35、当地地质条件有关 。2015/3/24322.1.6 室外气候: 湿度空气湿度是指空气中水蒸气的含量 空气湿度是指空气中水蒸气的含量。 。 这些水蒸气来源于江河湖海的水面 这些水蒸气来源于江河湖海的水面、 、 植物及其他水体的水面蒸发 及其他水体的水面蒸发, , 一般以绝对湿度和相对湿度来表示 一般以绝对湿度和相对湿度来表示。 。一天中绝对湿度比较稳定 一天中绝对湿度比较稳定, , 而相对湿度有较大的变化 而相对湿度有较大的变化。 。 有时即使绝对湿度接近于基本不变 于基本不变, , 相对湿度的变化范围也可以很大 相对湿度的变化范围也可以很大, , 这是由于气温的日变化引起的 这是由于气温的日

36、变化引起的。 。 相对湿度的日变化受地面性质 相对湿度的日变化受地面性质、 、 水陆分布 水陆分布、 、 季节寒暑 季节寒暑、 、 天气阴晴等因素的影响 天气阴晴等因素的影响, ,一般是大陆大于海面 一般是大陆大于海面, , 夏季大于冬季 夏季大于冬季, , 晴天大于阴天 晴天大于阴天。 。2.1.6 室外气候: 湿度来源 水体蒸发 植物蒸发 影响因素 地面性质 水体分布 季节 阴晴 水蒸汽分压力 冬季较低冬季较低, , 夏季较高 湿热地区湿热地区:1520 mbar 寒冷和沙漠地区寒冷和沙漠地区: 2 mbar 日变化较小日变化较小, , 季节变化较大 内陆地区夏季内陆地区夏季:上午 910

37、时和晚上 910时最高 , 凌晨和午后最低 沿海地区夏季和各地秋冬季沿海地区夏季和各地秋冬季:日变化与气温日 变化一致2015/3/24332015/3/24342.1.6 室外气候: 湿度相对湿度日变化趋势与气温日变化趋势相反 (如图 如图; ; 晴天时的最高值出现在黎明前后 晴天时的最高值出现在黎明前后, , 此时虽然空气中的水蒸气含量少 此时虽然空气中的水蒸气含量少, , 但温度最低 , 所以相对湿度最大 所以相对湿度最大; ; 最低值出现在午后 最低值出现在午后, , 此时空气中的水蒸汽含量虽然较 大 , 但由于温度已达最高 但由于温度已达最高, , 所以相对湿度最低 所以相对湿度最低

38、。 。显著的相对湿度日变化主要发生在气温日较差较大的大陆上 显著的相对湿度日变化主要发生在气温日较差较大的大陆上。 。 在这类地区 在这类地区, , 中 午以后不久当气温达到最高值时 午以后不久当气温达到最高值时, , 相对湿度会变得很低 相对湿度会变得很低, , 而到夜间 而到夜间, , 气温很低 时 , 相对湿度又变得很高 相对湿度又变得很高。 2015/3/2435 2.1.6 室外气候: 湿度在一年中 在一年中, , 最热月的绝对湿度最大 最热月的绝对湿度最大, , 最冷月的绝对湿度最小 最冷月的绝对湿度最小。 。 这是因为蒸发量随温度的变化而变化的缘故 随温度的变化而变化的缘故。 。

39、 我国因受海洋气候的影响 我国因受海洋气候的影响, , 大部分地区的相对湿 度在一年中以夏季为最大 度在一年中以夏季为最大, , 秋季最小 秋季最小。 。华南地区和东南沿海一带 华南地区和东南沿海一带, , 因春季海洋气团的侵入 因春季海洋气团的侵入, , 由于此时的温度还不高 由于此时的温度还不高, , 所以形成了较高的相对湿度 所以形成了较高的相对湿度, , 大约在 35月为最大 月为最大, , 秋季最小 秋季最小, , 所以在南方地 区的春夏交接的时候 区的春夏交接的时候, , 气候较为潮湿 气候较为潮湿, , 室内地面产生返潮现象 室内地面产生返潮现象, , 见图 2-24(b。201

40、5/3/24362.1.7 室外气候: 降水从大地蒸发出来的水进入大气层 从大地蒸发出来的水进入大气层, , 经过凝结后又降到地面上的液态或固态水分 经过凝结后又降到地面上的液态或固态水分, ,称为降水 称为降水。 。 雨 、 雪 、 冰雹等都属于降水现象 冰雹等都属于降水现象。 。 降水性质包括降水量 降水性质包括降水量、 、 降水时间 和降水强度 和降水强度。 。降水量 是指降落到地面的雨 是指降落到地面的雨、 、 雪 、 冰雹等融化后 冰雹等融化后, , 未经蒸发或渗透流失而积累在水平面上的水层厚度 累在水平面上的水层厚度, , 以 mm 为单位 为单位。 。降水时间 是指一次降水过程从

41、开始到结束的持续时间 是指一次降水过程从开始到结束的持续时间, , 用小时或分来表示 用小时或分来表示。 。 降水强度 是指单位时间内的降水量 是指单位时间内的降水量。 。降水强度等级 以 24小时的总量 小时的总量(mm 来划分 来划分:小于 10mm 的为小雨 的为小雨; ; 中雨 为 10-25mm ; 大雨为 25-50mm ; 暴雨为 50-100mm 。2015/3/24372.1.7 室外气候: 降水影响降水分布的因素很复杂 影响降水分布的因素很复杂。 。 首先是气温 首先是气温。 。在寒冷地区 水的蒸发量不大 水的蒸发量不大, , 而且由于冷空气的饱和水蒸气分压较低 而且由于冷

42、空气的饱和水蒸气分压较低, , 不能包容很多的水气 包容很多的水气, , 因此寒冷地区不可能有大量的降水 因此寒冷地区不可能有大量的降水; ; 在炎热地区 在炎热地区, , 由于蒸发强烈 由于蒸发强烈, , 而且饱和水蒸气分压也较高 而且饱和水蒸气分压也较高, , 所以水气凝结时 会产生较大的降水 会产生较大的降水。 。大气环流 大气环流、 、 地形 地形、 、 海陆分布的性质及洋流也会影响降水性质 海陆分布的性质及洋流也会影响降水性质, , 而且它们往往 互相作用 互相作用。 。我国的降水量大体是由东南往西北递增 我国的降水量大体是由东南往西北递增。 。 因受季风的影响 因受季风的影响, ,

43、 雨量都集中在夏 季 , 变化率大 变化率大, , 强度也可观 强度也可观。 。2015/3/24382.1.7 室外气候: 降水华南地区 季风降水从 5月份到 10月份 ; 长江流域为 6月到 9月间 月间。 。 梅雨是长江流域夏初气候的一个特殊现象 , 其特征是雨量缓而范围广 其特征是雨量缓而范围广, , 延续时间长 时间长, , 雨期为 20-25天左右 天左右。 。珠江口和台湾南部 由于西南季风和台风的共同影响 由于西南季风和台风的共同影响, , 在 7、 8月间多暴雨 月间多暴雨, , 特征是单位时间内雨量很大 征是单位时间内雨量很大, , 但一般出现范围小 但一般出现范围小, ,

44、持续时间短 持续时间短。 。 我国的降雪量 在不同地区有很大的差别 在不同地区有很大的差别, , 在北纬 35度以北到 45度地段为降雪或多雪地区 或多雪地区。 。2.1.7 室外气候: 降水2015/3/24392015/3/24402.2城市微气候在城市建筑物的表面及周围 在城市建筑物的表面及周围, , 气候条件都有较大的变化 气候条件都有较大的变化。 。 这种变化的影响会大 大地改变建筑物的能耗及热反应 大地改变建筑物的能耗及热反应。 。在建筑设计中涉及到的室外气候通常在 在建筑设计中涉及到的室外气候通常在“ “ 微气候 微气候” ” 的范畴 的范畴。 。 微气候是指在建筑物周围地面上及

45、屋面 微气候是指在建筑物周围地面上及屋面、 、 墙面 墙面、 、 窗台等特定地点的气温 窗台等特定地点的气温、 、 湿 度 、 压力 压力、 、 风速 风速、 、 阳光 阳光、 、 辐射等 辐射等。 。建筑物本身以其高大的墙面而成为的一种风障 建筑物本身以其高大的墙面而成为的一种风障, , 以及在地面与其他建筑物上 投下的阴影 投下的阴影, , 都会改变该处的微气候 都会改变该处的微气候。 。 城市微气候要素小区风场城市热岛 建筑布局与日照2015/3/24412.2.1城市微气候风场风场是指风向 风场是指风向、 、 风速的分布状况 风速的分布状况。 。 在城市中 在城市中, , 建筑群增多

46、建筑群增多、 、 增密 增密、 、 增高 导致 下垫面粗糙度增大 下垫面粗糙度增大, , 消耗了空气水平运动的动能 消耗了空气水平运动的动能, , 使城区的平均风速减小 使城区的平均风速减小, , 边 界层高度加大 界层高度加大。 。城市和建筑群内的风场 对城市气候和建筑群局部小气候有显著的影响 对城市气候和建筑群局部小气候有显著的影响, , 但两 种影响的主要作用不太一样 种影响的主要作用不太一样。 。城市风环境更多的是影响城市的污染状况 城市风环境更多的是影响城市的污染状况, , 建筑群内的风场主要影响的是热 环境 环境, , 包括小区外环境的热舒适性 包括小区外环境的热舒适性、 、 夏季

47、建筑通风以及由于冬季建筑的渗透 风附加的采暖负荷 风附加的采暖负荷。 。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导致各表面存在温差而形成的自然对流 小区内太阳辐射导致各表面存在温差而形成的自然对流; ; 不当风场的危害冬季造成热负荷增加 冬季造成热负荷增加; ; 高风速影响人员行动 高风速影响人员行动; ; 夏季自然通风不良 夏季自然通风不良; ; 污染物和室外热量不易散发 2015/3/24422.2.1城市微气候风场风对建筑的影响冲刷边角增强效应穿越前低建筑对后高建筑的影响巷道风的加强上部建筑对下部建筑的影响当风吹至高层建筑的墙面向下偏转时 当风吹至高层建筑的墙面向下偏转时,

48、, 将与水平方向的气流一起在建筑物侧面形成高速 风和湍流 风和湍流, , 在迎风面上形成下行气流 在迎风面上形成下行气流, , 而在背风面上 而在背风面上, , 气流上升 气流上升。 。街道常成为风漏斗 街道常成为风漏斗, , 把靠近两边墙面的风汇集在一起 把靠近两边墙面的风汇集在一起, , 造成近地面处的高速风 造成近地面处的高速风。 。 这种风 常掀起灰尘 常掀起灰尘, , 在背风侧的下部聚集垃圾 在背风侧的下部聚集垃圾, , 并在低温时还会形成极不舒适的局部冷风 并在低温时还会形成极不舒适的局部冷风, , 2015/3/24432.2.1城市微气候风场风对建筑的影响冲刷边角增强效应穿越前

49、低建筑对后高建筑的影响巷道风的加强上部建筑对下部建筑的影响对于室外的热舒适和行人行动来说 对于室外的热舒适和行人行动来说, , 距地面 2m 以下高度空间的风速分布是最需要关心的 关心的。 。 与郊区比 与郊区比, , 市区和建筑群内的风速较低 市区和建筑群内的风速较低, , 但会在建筑群特别是高层建筑群内产生局 部高速流动 部高速流动, , 即人们俗称的 即人们俗称的“ “ 风洞效应 风洞效应” ” 。 一些高层建筑群中 一些高层建筑群中, , 与冬季主导风向一致的 与冬季主导风向一致的“ “ 峡谷 峡谷” ” 或者过街楼均有在冬季变成 或者过街楼均有在冬季变成“ “ 风洞 风洞” ” 的危

50、险 的危险。 。极端例子 极端例子:1982年美国纽约曼哈顿岛世界贸易 中心附近一栋高层建筑前的广场上 中心附近一栋高层建筑前的广场上, , 一位女士 在行走时被强风刮倒而受伤 在行走时被强风刮倒而受伤, , 一怒之下向纽约 最高法院控告建筑设计和施工上的缺点并要求 赔偿 650万美元 万美元。 。2015/3/24442.2.1城市微气候风场建筑群内风场的形成取决于建筑的布局 建筑群内风场的形成取决于建筑的布局, , 不当的规划设计产生的风场问题有 不当的规划设计产生的风场问题有:(1 导致采暖负荷增加 导致采暖负荷增加; ; (2 由于建筑物的遮挡作用 由于建筑物的遮挡作用, , 造成夏季建筑的自然通风不良 造成夏季建筑的自然通风不良; ; (3 室外局部的高风速影响行人的活动 室外局部的高风速影响行人的活动, , 并影响热舒适 并影响热舒适; ;(4 建筑群内的风速太低 建筑群内的风速太低, , 导致建筑群内散发的气体污染物无