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1、第二章建筑外环境为什么要考虑建筑外环境?nn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n了解室外环境以控制室内环境为什么要考虑建筑外环境?n气候与天气是两个不同的概念n天气是指该地区时刻变化的冷、热、干、湿、风、雨等大气状况n气候是指某地区平均的大气状况，是该地区多年天气状况的统计结果。n与建筑密切相关的气候要素包括：太阳辐射量、室外干球温度、湿度风速、风向降雨量本章主要内容n第一节地球绕日运动的规律n第二节太阳辐射n第三节室外气候n第四节我国气候分区特点第一节地球绕日运动的规律n气候的变化随着年周期和日周期而变化n而这种变化的根本原因则在于地球按一定规律进行的绕日运动第一节地
2、球绕日运动的规律n1.经度和纬度经线或子午线经线或子午线经线或子午线经线或子午线纬线纬线纬线纬线东经东经西经西经北纬北纬南纬南纬1809000一切通过通过通过通过地轴的平面与地球表面相交而成的圆圆圆圆经度圈经度圈经度圈经度圈半圆半圆半圆半圆经线经线经线经线一切垂直于垂直于垂直于垂直于地轴的平面与地球表面相交而成的圆圆圆圆纬线纬线纬线纬线n2.时间（一天时间的确定是以地球自转为依据）地球每转1需要4分钟平均太阳时太阳通过该地的子午线时为正午，“地方”钟表指示的时间是均匀的，“平均”标准时T0世界时、“北京时间”地方平均太阳时Tm与标准时T0=Tm+4(L0-Lm)问题：西安的地方平均太阳时和北京
3、时间差多少?第一节地球绕日运动的规律00+23.5-23.5第一节地球绕日运动的规律n3.太阳的位置与日照的关系n赤纬：太阳光线与地球赤道平面之间的夹角n全年的赤纬角+23.5-23.5之间变化n春分（0）夏至（+23.5）直射北回归线n秋分（0）冬至（-23.5）直射南回归线太阳高度角太阳高度角太阳高度角太阳高度角太阳方位角太阳方位角太阳方位角太阳方位角太阳的位置通常用两个角度来表示太阳高度角太阳方向与水平面的夹角太阳方位角太阳方向的水平投影偏离南向的角度第二节太阳辐射n1.太阳常数与太阳辐射的电磁波n2.大气层对太阳辐射的吸收n3.在建筑中日照的作用与效果1.太阳常数与太阳辐射的电磁波n太
4、阳辐射能是地球上热量的基本来源n是决定气候的主要因素n也是建筑物外部最主要的气候条件之一n太阳常数大气层外与太阳光线垂直的表面上的辐射强度1353W/m2可见光可见光可见光可见光紫外线紫外线紫外线紫外线近红外线近红外线近红外线近红外线长波长波长波长波红外线红外线红外线红外线n通常把波长为0.1100m的电磁波称为热射线，其中包括可见光、部分紫外线和红外线，他们投射到物体上能产生热效应n单原子气体和某些对称型双原子气体如O2，N2，H2等，它们的吸收和辐射很微弱，可以认为是透热体，即不辐射也不吸收n对多原子气体，CO2，SO2，水蒸气则不能认为是透热体，特别是在高温条件下有较大的辐射力和吸收率，
5、太阳辐射能量比例n转化为热能的主要是可见光和红外线落到地球上的太阳辐射能量n由三部分组成n直射辐射：为可见光和近红外线n散射辐射：阳光经过大气层时，被气体分子、液体或固体颗粒反射或折射，达到地球表面时无特定方向，形成一个由整个天穹所照射的散乱光，为可见光和近红外线。n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。n所谓太阳总辐射强度一般仅包括前两部分2.大气层对太阳辐射的吸收n进入大气层后被反射和吸收n光谱成分有所改变n辐射强度有所改变n大气对太阳辐射的削弱强度取决于射线在大气射程中的长短及大气质量太阳高度角太阳高度角太阳高度角太阳高度角太阳方位
6、角太阳方位角太阳方位角太阳方位角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冬季太阳高度角低，夏季太阳高度角高清晨和傍晚太阳高度角低，中午太阳高度角高高纬度地区太阳高度角低，低纬度地区太阳高度角高射程长短与太阳高度角和海拔高度有关海拔(米)北京31.2;上海4.5;西安396.9;西宁2261.2拉萨3658;日喀则3836大气质量：n大气透明度定义：I1/I0=P=exp(-kL)，P1最透明n变化范围：0.650.75，在一个月份的晴天中可近似认为是常数n我国将大气透明度作了6个等级的分区，1级最透明我国的大气透明度分区6 65 54 44 43 33
7、 32 2影响大气透明度的天气现象影响大气透明度的天气现象扬沙扬沙扬沙扬沙（沙尘暴）沙尘暴）沙尘暴）沙尘暴）n本地或附近尘沙被风吹起，使能见度显著下降1.0-10.0千米以内小于1.0千米n天色混浊一片黄色风较大n冷空气过境或雷雨影响时，北方春季易出现浮尘浮尘浮尘浮尘n远地或本地产生沙尘暴或扬沙后尘沙等细粒浮游空中而形成。n俗称“落荒沙”小于10.0千米垂直能见度也较差建筑布局与日照n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。n日影n终日日影：一天中都没有日照n永久日影：终年没有日照n建筑布局与日照n建筑的互遮挡：不同建筑物相互遮挡n建筑的自遮挡：建筑物一部分被
8、另一部分遮挡建筑布局与日照n日照的作用n冬季采暖：充分利用太阳能n自然采光需要：适当的散射辐射n心理需要：冬日室内光斑对人的心理有积极作用n影响因素n纬度：决定太阳高度角和日射强度n建筑布局：决定遮挡情况n目标n冬天尽量多(但太阳高度角低易被遮挡)n夏天尽量少(但太阳高度角高不易被遮挡)第三节室外气候n微气候的概念：限于高度为100米以下的1公里水平范围建筑形式、布局及下垫面的状况起着重要的影响作用。n大气压力n空气温度n空气湿度n风n太阳辐射强度n有效天空温度n地层温度n降水1.大气压力北京北京太原太原拉萨拉萨昆明昆明玛多玛多兰州兰州格尔木格尔木n大气压力随海拔高度而变n在同一位置，冬季大气
9、压力比夏季大气压力高，变化范围5以内n海平面大气压力称作标准大气压，为101325Pa或760mmHg2.空气温度n主要指距地面1.5m高，背阴处的空气温度。n对短波辐射几乎是透明体直接接受太阳辐射的增温是非常微弱的。n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。可见光可见光可见光可见光紫外线紫外线紫外线紫外线近红外线近红外线近红外线近红外线长波长波长波长波红外线红外线红外线红外线（1）影响地面附近空气温度的因素n入射到地面上的太阳辐射热空气不能直接吸收太阳辐射热但入射到地面上的太阳辐射热对地面附近空气温度起着决定作用n下垫面n大气对流(例:西伯利亚寒流)（2）空气温度的规律n
10、 n日较差日较差日较差日较差：一日内气温的最高值和最低值之差。n年较差年较差年较差年较差：一年内最冷月和最热月的月平均气温差。n年平均温度年平均温度年平均温度年平均温度：向高纬度地区每移动200300km降低1。日较差日较差受海陆分布和地形起伏的影响年较差年较差与海陆分布有关与纬度有关空气温度的年变化一年中最热月一般在7、8月份，最冷月一般在1、2月份。（3）空气温度的局部效应n受地面反射率、气流、遮阳、夜间辐射等影响n不透水下垫面温度较透水下垫面温度高n建筑物密集处空气温度较开阔处高n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2.湿度n来源n水体蒸发n植物蒸发n影响因素n地面性质n
11、水体分布n季节n阴晴n绝对湿度n相对湿度n水蒸气分压力n日变化n相对湿度与气温变化反相n年变化n内陆和沿海地区差别较大n气流的影响3.风大气压差引起的大气的运动n风的成因（地表增温不同是引起大气压差的主要原因）n大气环流：n太阳辐射不均匀造成赤道和两极间极大的温差,引发大气在此间的经常性活动n从而造成对各地气候的影响造成局部差异，n地方风：n地方性地貌条件不同造成，如海陆风(地表水陆分布)、山谷风(地势)、庭院风、巷道风等n以一昼夜为周期n季风：n海陆间季节温差造成，冬季大陆吹向海洋，夏季海洋吹向大陆n造成季节差异，以年为周期海陆风n在白天，陆上的空气温度比同一纬度海上的空气温度高，热气上升，
12、海上的冷气流就吹向内陆。n在夜间，此过程相反。这样形成的风称为海陆风。山谷风n在山区，局部的温差会造成局地风型。此类风是一种很薄的表面气流n是由于向阳坡面上的气温与谷地上方等高处的气温差而造成的。n白天靠近山坡表面的空气较同等高度的自由大气所受的热量多，热气即上升，空气流向在白天为沿山坡向上n在夜间此过程相反，风向则沿山坡向下。故大的山谷会产生强烈的山谷风，白天向上吹，夜间吹向谷底。风的测量n测量开阔地面10m高处的风向和风速作为当地的观测数据n风向风吹来的方向通常用16个方位来表示n风速单位时间风所行进的距离人们把风吹来的地平方向确定为风方向风玫瑰图某地的风向频率分布某地的风向频率分布实线为
13、全年，虚线为实线为全年，虚线为7月份月份某地一年的风速频率分布某地一年的风速频率分布北京地区的风玫瑰图n粗线：全年n细实线：冬季，122月份n虚线：夏季，68月份蒲福风力等级表风速有梯度，地面为0m/s，可认为按幂函数规律分布，如：4.降水n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n降水量:降落到地面的雨、雪、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，以毫米为单位n降水强度：24小时的降水总量的等级来划分n影响因素n气温n地形n大气环流n海陆分布4.城市气候n小区风场n城市热岛n建筑布局与日照（）小区风场n形成机理n建筑物对来流风的阻碍和聚集作用n小区内
14、太阳辐射导致各表面存在温差而形成的自然对流n不当风场的危害n冬季造成热负荷增加n高风速影响人员行动n夏季自然通风不良（）城市热岛n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：n热岛的成因很多。城市具有特殊性质的立体化下垫面，局部大气成分发生变化，城市热量收支平衡关系与郊区农村显著不同，造成城市的气温比周围郊区和农村要高。城市热岛的成因n自然条件自然条件n市内风速市内风速、对天空长波辐射：建筑布局影响对天空角系数和风场n云量云量：市区内云量大于郊区n太阳辐射太阳辐射：市内大气透明度低n下垫面下垫面的吸收和反射特性、蓄热特性：地面材料、植被、水体的设置n人
15、为影响人为影响：“人为热”n交通、家用电器、炊事产热n空调采暖产热第四节我国气候分区特点n两个分区标准n“民用建筑设计规范”（GB5017693）的五个建筑热工设计分区n建筑热工区划标准（GB5017693）的七个建筑气候区划分区n民用建筑设计分区u考虑建筑采暖、防冻、保温、隔热、通风、遮阳的不同需要进行气候分区u在相应的设计标准、节能规范中，按不同的气候区提出要求建筑热工设计分区严寒地区严寒地区寒冷地区寒冷地区夏热冬冷区夏热冬冷区夏热冬暖夏热冬暖夏热冬暖夏热冬暖区区区区温和地区温和地区寒冷地区寒冷地区严寒地区严寒地区寒冷地区寒冷地区严寒地区严寒地区寒冷地区n分区主要指标：最冷月平均温度0-10n分区辅助指标：日平均温度5的天数90至145天n设计要求：必须满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温建筑气候区划标准的分区法I区区II区区III区区IVIV区区区区V区区VIIVII区区区区VIVI区区区区