建筑环境学 Built Environment,建筑环境学 Built Environment,第二章 建筑外环境,2,建筑环境学 Built Environment,为什么要考虑建筑外环境?,3,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，必须了解当地各主要气候要素的变化规律及其特征。 一个地区的气候是在许多因素综合作用下形成的：太阳辐射、空气温度、空气湿度、空气品质、风、降水等等。 建筑外环境会对人们的视觉和听觉及其心理产生影响。,建筑环境学 Built Environment,沙漠地区民居,4,建筑环境学 Built Environment,第一节 地球绕日运动的规律,5,建筑环境学 Built Environment,6,经线或子午线,纬线,东经,西经,北纬,南纬,180,90,0,0,经度和纬度,经度和纬度,7,建筑环境学 Built Environment,建筑环境学 Built Environment,8,中国的地理位置,地球公转与自转,9,建筑环境学 Built Environment,地球公转与节气,10,建筑环境学 Built Environment,建筑环境学 Built Environment,时间,11,地球每转1 需要4分钟 世界分24时区 每时区15 ,北京时间,建筑环境学 Built Environment,12,赤纬d ：太阳光线（太阳中心与地球中心连线）与地球赤道平面之间的夹角,12,赤纬d,北回归线,南回归线,太阳的位置与日照的关系,建筑环境学 Built Environment,13,13,太阳赤纬d 、高度角 、纬度 、 时角h和方位角A（关系？）,太阳高度角,太阳方位角,sin = cos cos h cos d+ sin sind sin A = cos d sin h /cos ,太阳高度角：太阳光线与水平面间的夹角 方位角A：太阳至地面上某给定点连线在地面上与当地子午线夹角 时角h：太阳入射OP线在赤道平面投影与当地12点的日地中心连线在赤道平面投影间的夹角,建筑环境学 Built Environment,太阳高度角冬夏不同,14,sin = cos cos h cos d + sin sind,建筑环境学 Built Environment,第二节 太阳辐射,15,建筑环境学 Built Environment,太阳能利用？,16,建筑环境学 Built Environment,17,可见光,紫外线,近红外线,长波 红外线,太阳能光谱特性,建筑环境学 Built Environment,2.2.1太阳常数与太阳辐射的电磁波,太阳常数为I0 = 1353W/m2 ：太阳与地球的年平均距离处，大气层外与太阳垂直表面的辐射照度。 进入大气层后被反射和吸收，光谱成分有所改变，辐射强度有所改变。太阳高度角是重要影响因素。,18,建筑环境学 Built Environment,2.2.2大气层对太阳辐射的吸收,19,建筑环境学 Built Environment,太阳辐射能的去向,20,建筑环境学 Built Environment,落到地球上的太阳辐射能量,由三部分组成： 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。 所谓太阳总辐射照度一般仅包括前两部分。 太阳辐射照度I，太阳常数I0 = 1353W/m2 。,21,建筑环境学 Built Environment,关于太阳高度角,太阳高度角与太阳通过的路径长度密切相关，从而影响日射照度。太阳高度角低则日射强度小。（图2-8） Ix=I0 exp (- kx) 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。,22,建筑环境学 Built Environment,大气透明度,定义：IL/I0 = exp (- kL) = P = exp (- a) ， a= kL 消光系数 变化范围： P1 最透明，0.650.75，在一个月份的晴天中可近似认为是常数,23,建筑环境学 Built Environment,大气透明度,我国将大气透明度作了6个等级的分区，1级最透明。,24,某城市晴天的大气透明度逐月值,25,我国的大气透明度分区,6,5,4,4,3,3,2,建筑环境学 Built Environment,建筑环境学 Built Environment,大气层质量 m,26,m = L/L = 1/sin P=IL / I0 以上2个因素 影响着达到地面 的太阳辐射照度,建筑环境学 Built Environment,太阳直射辐射照度与太阳高度角,27,建筑环境学 Built Environment,为什么太阳高度角接近0和90时垂直面的日射量都小？,28,建筑环境学 Built Environment,太阳辐射照度与朝向,北纬40的总辐射照度,29,建筑环境学 Built Environment,第三节 室外气候,30,建筑环境学 Built Environment,自然的微气候,地层温度 空气温度 有效天空温度 空气湿度 大气压力 风 降水,31,建筑环境学 Built Environment,2.3.1 温度,32,建筑环境学 Built Environment,空气温度,主要指距地面1.5m高，背阴处的空气温度。 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。对短波辐射几乎是透明体。 日较差：一日内气温的最高值和最低值之差。 年较差：一年内最冷月和最热月的月平均气温差。,33,建筑环境学 Built Environment,空气温度,34,年较差与纬度的关系,太阳辐射和气温变化,建筑环境学 Built Environment,空气温度的日变化,哈尔滨8月初一天的气象数据 一天中最高气温一般出现在下午23时，最低气温一般出现在凌晨45时,35,建筑环境学 Built Environment,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。,36,建筑环境学 Built Environment,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。,37,建筑环境学 Built Environment,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。,38,建筑环境学 Built Environment,地层温度,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 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后日变化被滤掉；一定深度后便成为恒温层，温度比全年气温平均温度高12。,建筑环境学 Built Environment,2.3.2 湿度,40,建筑环境学 Built Environment,湿度,41,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,建筑环境学 Built Environment,湿度,42,水蒸汽分压力 冬季较低，夏季较高 湿热地区：1520 mbar 寒冷和沙漠地区： 2 mbar 日变化较小，季节变化较大 内陆地区夏季：上午910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：日变化与气温日变化一致,建筑环境学 Built Environment,湿度,43,日变化 相对湿度与气温变化,建筑环境学 Built Environment,湿度,44,建筑环境学 Built Environment,湿度,45,年变化 内陆和沿海地区差别较大,建筑环境学 Built Environment,2.3.3 大气压力,46,建筑环境学 Built Environment,47,1、大气压力的定义与分布特点,大气压力：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。 海平面大气压力称作标准大气压，为101325 Pa，或 760 mmHg。 在同一位置，冬季大气压力比夏季大气压力高，变化范围5以内。 在重力场中，空气的分子数随高度的增加而呈指数减少，因此，大气压力随海拔高度而相应变化。,建筑环境学 Built Environment,48,1、大气压力的定义与分布特点,我国城市（地区）大气压力随海拔高度变化规律,建筑环境学 Built Environment,49,2、大气压力与人体健康,（1）低气压环境 压力过低产生的物理反应； 含氧量过少引起的缺氧效应。 （2）高气压环境 压力过高产生的物理反应； 含氮量过多引起的过饱和状态。,建筑环境学 Built Environment,2.3.4 风,50,建筑环境学 Built Environment,51,风的成因 大气环流：全球各地差异 赤道和两极温差造成 地方风：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、山谷风、庭院风、巷道风等 季风：季节差异，以年为周期 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,建筑环境学 Built Environment,52,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。,建筑环境学 Built Environment,53,大气边界层风速,开阔地面 10m 高处的风向和风速作为当地的观测数据。 风速有梯度，地面为 0 m/s，可认为按幂函数规律分布。,建筑环境学 Built Environment,54,大气边界层及风速,达芬堡公式,ASHRAE公式,建筑环境学 Built Environment,55,蒲福风力等级表,建筑环境学 Built Environment,56,风的特性：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,建筑环境学 Built Environment,57,海陆风和山谷风,建筑环境学 Built Environment,逆温层（平流层）,58,一般情况下，在低层大气中，气温是随高度的增加而降低的。但有时在某些层次可能出现相反的情况，气温随高度的增加而升高，这种现象称为逆温。出现逆温现象的大气层称为逆温层。,逆温层的形成： 一是地面辐射冷却，辐射逆温层； 二是空气平流冷却，平流逆温层； 三是空气下沉增温，下沉逆温层； 四是空气的乱流混合，乱流逆温层； 五是锋面上形成的逆温，锋面逆温层,建筑环境学 Built Environment,逆温层的危害,59,在逆温层中，较暖而轻的空气位于较冷而重的空气上面，形成一种极其稳定的空气层，就象一个锅盖一样，笼罩在近地层的上空，严重地阻碍着空气的对流运动。 由于这种原因，近地层空气中的水汽、烟尘以及各种有害气体，上天无路，入地无门，只有飘浮在逆温层下面的空气层中，有利于云雾的形成，而降低了能见度，给交通运输带来麻烦。 更严重的是，使空气中的污染物不能及时扩散开去，加重大气污染，给人们的生命财产带来危害。,建筑环境学 Built Environment,逆温层对人体的影响,60,冬春时节的早晨或傍晚，在城市和市郊，常常见到烟雾上升到一定高度之后，就向水平方向漂浮起来，弥漫四方。 如果无风又降温剧烈的情况下，整个视野很快就变得模糊起来，随着烟雾的袭来，天气阴沉，太阳无光，压得人透不过气来，同时也便会闻到煤烟味和其它难闻的气味。 身体抵抗能力较差的人，便会出现胸闷、咳嗽、喉痛、呕吐、呼吸困难等症状。这是由于空气中形成了逆温和逆温层，使低层空