建筑环境学第2章建筑外环境

1第二章建筑外环境龚伟申苏州大学2014年2建筑外环境影响因素?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，为得到良好的室内气候条件以满足人们生活和生产的需要，必须了解建筑所在地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。与建筑密切有关的气候要素有：太阳辐射、气温、湿度、风、降水等等。3本章内容要点宏观气候太阳辐射作用与地球气候特点地球绕日运动规律太阳辐射室外气候大气压力、风、气温、天空温度、地温、湿度、降水微观气候人类营造活动形成的局部微气候城市风场、城市热岛、建筑日照我国气候分区特点42.1地球绕日运动的规律2.1.1地球绕日的运动2.1.2太阳位置5经度纬度北纬南纬东经西经经线纬线★伦敦格林威治天文台180°0°0°90°北京时间地球每转1°需要4分钟2.1.1地球绕日的运动?经度,?纬度61.关于四季：四季因地球公转而形成太阳的位置与日照的关系赤纬：太阳光线与地球赤道平面之间的夹角0°0°+23.5°-23.5°南回归线北回归线2.1.1地球绕日的运动地轴倾斜角不变，致使赤纬的变化，形成四季。7公转轴（年/转）～1.53×108km～1.47×108km66º33’冬至：12月22日90º(δ=0º)春分：3月21日66º33’夏至：6月21日δ=－23º27’δ=＋23º27’90º(δ=0º)秋分：9月22日NNNNSSSS自转轴（日/转）黄道面黄道面等分24段，每段15天，即为1个节气，全年有24个节气赤纬δ北回归线南回归线2.1.1地球绕日的运动24节气的由来?地球的公转与自转82.关于昼夜：昼夜因地球自转而形成太阳时角2.1.1地球绕日的运动915mmLLTT地区标准时间：规定在一定经度范围内使用一种标准时间。如世界时间（本初子午线/格林威治天文台），北京时间（东经120º/东8时区）当地太阳时（真太阳时）：太阳在当地正南时为12点，地球自转一周又回到正南时为一天。中国的“标准时”：北京时间=世界时+8小时.全世界共有24个时区，每个时区都按其中央子午线的真太阳时为该时区的标准时（钟表时间）。相邻时区差为1小时。标准时所处经度120º当地经度113º19’121º26’当地太阳时11:3312:06地区标准时12:00广州上海两地时差DecimalDegrees=Degrees+minutes/60+seconds/3600关于时间10地球每转1°约需要4分钟标准时T0和真太阳时TmT0=Tm±4(L0-Lm)min或北京地处东经116°19‘，北京标准时12点时，其真太阳时11：45。问题：西安（东经108°56‘）的真太阳时和北京时间差多少?关于时间90W北京时间伦敦时间90E★2.1.1地球绕日的运动11关于时间2.1.1地球绕日的运动120°0°+23.5°-23.5°太阳的位置与日照的关系太阳的位置与日照的关系赤纬δ：太阳光线与地球赤道平面之间的夹角赤纬δ北回归线南回归线2.1.2太阳位置13南北回归线北极圈6633北回归线23272.1.2太阳位置14时角h:指当时太阳入射的日地中心连线OP线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地球赤道平面上的投影的夹角。——表地球自转的的位置。2.1.2太阳位置15太阳位置:地球上某一点所看到的太阳方向.常用太阳高度角和太阳方位角来表示.太阳高度角:太阳方向与水平面的夹角.太阳方位角A:太阳方向的水平投影偏离南向的角度.太阳高度角太阳方位角2.1.2太阳位置16赤纬和太阳高度角有什么区别？时角和太阳方位角有什么区别？太阳高度角太阳方位角sin=coscoshcos+sinsinsinA=cossinh/cos2.1.2太阳位置17太阳高度角与纬度的关系2.1.2太阳位置18影响太阳高度角和方位角的因素赤纬：它表明季节(日期)的变化;时角：它表明时刻的变化;纬度：它表明观察点所在的位置.确定太阳高度角和方位角在建筑环境控制领域有非常重要的作用。确定不同季节设计代表日或者代表时刻的太阳位置，可进行建筑朝向确定、建筑间距及周围阴影区范围计算等建筑的日照设计可以进行建筑的日射得热量与空调负荷得计算，进行建筑自然采光设计。2.1.2太阳位置19纬度赤纬δ时角h太阳高度角β太阳方位角A计算起点赤道面春秋分正午地平面正南方向性北/南纬≤|±2327’|≤|±180|≤90≤|±180|日出S日落N地平面正午时太阳高度角PN北天极AWE2327’太阳轨迹2327’冬至春秋分夏至天顶半天球地轴地平圈太阳高度角与季节、时刻的关系不同季节的太阳轨迹2.1.2太阳位置202.2太阳辐射2.2.1太阳辐射电磁波2.2.2大气层对太阳辐射的吸收211.太阳辐射强度及太阳常数太阳辐射是地球热量的基本来源，是决定气候的主要因素，也是建筑外部最主要的气候条件之一。太阳辐射强度I：它使指1m2黑体表面在太阳照射下所能获得的辐射能通量（W/m2）。在地球大气层外，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强度为I。=1353W/m2，称为太阳常数。因太阳与地球之间的距离在逐日变化，大气层上边界处与太阳光线垂直的表面上的太阳辐射强度也会随之变化。一年中1.1最大、7.1最小。I0=∫0∞E(λ)dλ2.2.1太阳辐射电磁波22太阳辐射的波谱可见光紫外线近红外线长波红外线2.0.1μm的X射线～100m的无线电（γ、X、紫外、可见、红外、微波、短波、中波、长波）233.太阳辐射能量比例进入大气层后，因大气对不同波长的射线具有选择性的反射和吸收作用，到达地球表面的光谱成分有所改变，辐射强度也有所改变。太阳高度角??是重要影响因素之一。可见光45.6%紫外线7.0%近红外线45.2%长波红外线2.2%大气层上界太阳辐射能量分布2.2.1太阳辐射电磁波242.2.2大气层对太阳辐射的吸收太阳辐射通过大气层时，一部分被反射到宇宙空间；被吸收的一部分为：超短波X射线和其它一些超短波射线在通过电离层时，被O2、N2及其它大气成分强烈吸收短波受到天空中的各种气体分子、尘埃、微小水珠等质点的散射，使得天空呈现蓝色紫外线被大气中的臭氧所吸收长波被CO2和水蒸气等温室气体所吸收剩下的一部分直接到达地面的为：可见光＋近红外线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26到达地面的太阳辐射能量到达地面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(0.32~2.5μm)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。2.2.2大气层对太阳辐射的吸收271.大气层消光系数a距大气层上界x处与太阳光线垂直的表面上的太阳辐射强度Ix的梯度与其本身的强度成正比。k—比例常数(1/m),k越大，辐射强度衰减越大，a=kL,a又称为消光系数。2.2.2大气层对太阳辐射的吸收大气对太阳辐射的削弱程度取决于射线在大气中行程的长短及大气层质量，行程长短与太阳高度角和海拨高度有关。282.大气透明度定义：大气透明度：IL/I0=P=exp(-kL)，P＝1最透明变化范围：0.65~0.75，在一个月份的晴天中可近似认为是常数我国将大气透明度作了6个等级的分区，1级最透明0.60.650.70.750.80.85024681012月份大气透明度P某地晴天的大气透明度逐月值为何6、7、8月P最低?29我国的大气透明度分区6544332303.大气质量m地球表面处法向太阳直射辐射照度：IN=I0Pm？？m=L’/L=1/sin大大＝30为什么太阳高度角接近0º和90º时垂直面的日射量都小？大气层质量＝1大气层质量＝22.2.2大气层对太阳辐射的吸收INIL314.建筑物接收到的太阳直射辐射强度到达地面的太阳辐射强度大小取决于地球对太阳的相对位置（L）和大气透明度P。建筑物水平面上的直射辐射强度建筑物垂直面上的直射辐射强度±32太阳直射辐射能IN、IDH、IDV与太阳高度角I033太阳日总辐射照度与朝向地点：北纬40°4.建筑物接收到的太阳直射辐射强度345.太阳直射辐射与太阳高度角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2.2.2大气层对太阳辐射的吸收352.3室外气候自然的微气候大气压力地层温度空气温度有效天空温度空气湿度风降水362.3.1大气压力大气压力随海拔高度而变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海平面大气压力称作标准大气压，为101325Pa或760mmHg-101234567405060708090100110大气压力(kPa)海拔高度(km)北京太原拉萨昆明玛多兰州格尔木37大气压力变化平均气压随纬度分布气压日变化（2‰）2.3.1大气压力高低压对人体的影响381.风及风的成因风：是指因大气压差所引起的大气水平方向的运动。风的成因：地表增温不同是引起大气压差的主要原因。大气环流：造成全球各地差异赤道和两极温差造成地方风：造成局部差异，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：造成季节差异，以年为周期海陆间季节温差造成，冬季大陆吹向海洋，夏季海洋吹向大陆2.3.2风与大气边界层392.大气环流赤道得到太阳辐射大于地表的长波辐射散热，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％2.3.2风与大气边界层403.地方风：海陆风和山谷风414.大气边界层从地球表面到500—1000米高的这层空气称之，其厚度主要取决于地表的粗糙度。其原因是下垫面对气流有摩擦作用。425.风的测量描述风特征的要素：风速和风向。测量开阔地面10m高处的风向和风速作为当地的观测数据Vmet风速有梯度，地面为0m/s，可认为按幂函数规律分布，如高度h处：aametmetmethhhVVmet)()(边界层厚度气象站0.14市中心0.33436.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44北京地区的风玫瑰图粗线：全年细实线：冬季，12~2月份虚线：夏季，6~8月份45上海广州的风频图风向频率分布：实线为全年，虚线为7月份4647蒲福风力等级表自由海面状况浪高距地10米高处的相当风速风力等级一般(m)最高(m)陆地地面征象米/秒0－－静，烟直上0~0.210.10.1烟能表示方向，但方向标不能转动0.3~1.520.20.3人面感觉有风，树叶微响，方向标能转动1.6~3.330.61.0树叶及微枝摇动不息，旌旗展开3.4~5.441.01.5能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝摇动5.5~7.952.02.5有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波8.0~10.763.04.0大树枝摇动，举伞困难10.8~13.874.05.5全树摇动，迎风步行感觉不便13.9~17.185.57.5树枝折毁，人向前行，感觉阻力甚大17.2~20.797.010.0建筑物有小损，烟囱顶部及平屋摇动20.8~24.4109.012.5可使树木拔起或使建筑物损坏较重。陆上少见。24.5~28.41111.516.0陆上很少见，有则必有广泛破坏28.5~32.61214.