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第一篇热环境第3章室外气候内容：1.建筑气候概述2.室外气候因素3.城市气候4.我国的建筑气候5.气候与建筑1.建筑气候概述1.1基本概念气候：是指一个地区或一个地方的天气状况，是各种气候因素相互作用的结果，主要由太阳辐射，大气环境和下垫面间长期的相互作用引起，具有一定的规律性。建筑气候：是指建筑与大气过程间规律性的相互影响，是指与建筑有关的气候状况，也具有一定的规律性。建筑气候学：是研究建筑气候的规律性和建筑物如何适应当地气候特点，合理地规划、布局、选材、设计施工等，以创造适宜的室内气候和良好的建筑物的气象效应的科学。气候带：根据气候因子或气候要素具有纬向带状分布特征而划分的地带称为气候带。1.2建筑气候区划及分类区划：对一个国家、一个地区，按一定的标准，同时结合生产实际需要适当照顾自然区或行政区，将全国或某个区域按不同气候特色划分为若干小区，称为气候区划。日本建筑气候分区气候区气候特征气候型气候特征A赤道潮湿性气候区全年炎热最冷月平均气温≥18℃热带雨林气候全年多雨，最干月降水≥60mm热带季风气候雨季特别多雨，最干月降水＜60mm热带草原气候有干湿季之分，最干月降水＜60mmB干燥性气候区全年降水稀少，根据降水的季节分配，分冬雨区、夏雨区、年雨区沙漠气候干旱，降水＜250mm稀树草原气候半干旱250mm＜降水≤750mmC湿润性温和型气候区最热月平均气温＞10℃，0℃＜最冷月平均气温18℃地中海气候夏季干旱，最干月降水≤40mm，不足冬季最多月的1/3亚热带湿润性气候海洋性西海岸气候柯本气候分类法D湿润性冷温型气候区最热月平均气温＞10℃最冷月平均气温＜0℃湿润性大陆性气候针叶林气候E极地气候区全年寒冷，最热月平均气温＜10℃苔原气候0℃＜最热月平均气温＜10℃生长有苔藓、地衣类植物冰原气候最热月平均气温＜0℃，终年覆盖冰雪H山地气候区山地气候海拔在2500m以上气候类型气候特征及因素建筑适应性表现建筑例湿热气候区温度高（15℃～35℃），年均气温在18℃左右或更高，年较差小。年降水≥750mm，潮湿闷热，相对湿度＞80%，太阳辐射强烈，有眩光。遮阳；自然通风降温；低蓄热的围护结构。中国云南西双版纳的杆阑民居干热气候区太阳辐射强烈，有眩光，温度高（20℃～40℃），年较差、日较差大。降水稀少、空气干燥、湿度低，多风沙。最大限度地相互遮阳；开较小的通风口；厚重的蓄热墙体增强热稳定性；利用水体调节微气候；内向型院落式格局哈桑·法赛设计Dariya住宅斯欧克莱气候分类法温和气候区有明显的季节性温度变化（有较寒冷的冬季和较炎热的夏季）；月平均气温的波动范围大，最冷月可低至－15℃，最热月则可高达25℃，气温的年变幅可从30℃到37℃。夏季：遮阳、通风。冬季：日照；保温。中国云南纳西族民居寒冷气候区大部分时间月平均温度低于15℃，日夜温差变化较大，风大，严寒，雪荷载大。减小建筑的体型系数；最大限度地保温，尽量争取日照紧凑式布置或围合以避风；坡屋面减少雪荷载。加拿大Penhallam住宅2.室外气候因素2.1太阳辐射地轴与黄道平面并非正交，而是倾斜66°33’。太阳光线与地球赤道面的夹角，是随着地球在公转轨道上的位置、即日期的不同而变化的。赤纬角从赤道面算起，向北为正，向南为负。A.赤纬角δ及四季变化春分时（约在3月21日），太阳光线与地球赤道面平行，赤纬为0°，阳光直射赤道，并且正好切过两极，南、北半球的昼夜均等长。春分以后，赤纬逐渐增加，到夏至（约在6月22日）赤纬δ＝＋23°27’达到最大值，太阳光线垂直入射地球北纬23°27’地表，即北回归线上。到冬至（约在12月22日）赤纬δ＝-23°27’达到最小值，太阳光线垂直入射地球南纬-23°27’地表，即北回归线上。B.太阳常数在地球与太阳平均距离处，垂直于入射光线的大气界面上单位面积上的热辐射流Iow/m2天文太阳常数(计算):Io=1395.6w/m2气象太阳常数(实测):Io=1256w/m2C.太阳辐射在大气中变化太阳光谱D太阳辐射计算直接辐射：与太阳光线经过大气层距离Ly有关，与大气组成有关，对波长为λ的光线有：ILλ=I0λexp(-αλL)αλ是L段中大气对光线辐射减弱系数Lsinhs=hL=hcschs垂直面直射辐射:I⊥=Imcoshscosr水平面直射辐射:IH=Imsinhs水平面散射辐射:DH=ΦI0sinhsΦ----为全散射辐射系数，包括天空、地面、云层等。垂直面散射辐射:D⊥=0.5DH影响到达地面太阳辐射因素：太阳高度角、大气透明度、地理纬度、云量、海拔高度。地面上受到的太阳辐射照度随当地的地理纬度、大气透明度和季节及时间的不同而变化。建筑各朝向表面的日辐射照度随季节的变化规律各不相同。E.日照时数及日照百分率可日照时数：在晴天无云时，从日出到日没一天内阳光照射的时间。实际照时数：从日出到日没一天内实际受阳光照射的时间。日照百分率：实际日照时数占可日照时数之百分数称为日照百分率。2.2气温与地面温度A.概念气温：指距地面1.5高处空气温度。地表温度：指地表面与空气接触面的温度。B.气温的周期性变化日周期性变化日较差年周期性变化、年较差-10-505101520253035123456789101112月份空气温度(℃)月平均最高平均最低平均北京标准年空气温度曲线图C.影响气温的因素地理纬度:太阳辐射:地表状况:降水状况:大气对流:季节变化:D.逆温现象及危害上层空气较下层空气热的现象叫逆温现象。地面受到强烈冷却，造成空气不流动，浓雾不散，空气污染物质长期沉积。霜冻效应：冷空气下沉到低洼处不动。我国1月平均地面温度分布我国7月平均地面温度分布E.地层温度变化地表面：(1)周期相同(2)振幅有衰减AfAx(3)时间有延迟(4)衰减倍数:地表以下衰减倍数2.3空气湿度周期性变化在一日中黎明前最高，而午后最低。相对湿度日变化：年周期性变化：变化程度是大陆大于海面，夏季大于冬季，晴天大于阴天。020406080100123456789101112月份空气相对湿度(%)月平均最低平均最高平均在一年中最冷月最高，而最热月最低。湿度随高度的变化。水蒸汽压力：在竖向高度上的递减量较气压的递减更快，因此，水蒸汽的浓度随着海拔高度而降低。水蒸汽压力最大的年变化发生在季风影响的区域内；这些季风从海洋上带来了热的湿空气，又从内陆带来了干燥的空气。影响湿度的因素：地面性质、太阳辐射、空气温度、空气流速、降水等。2.4风A.大气环流由于太阳辐射在地表分布不均，引起赤道与两极温差，从而引起气流从赤道想两极，从两极向赤道的流动。地球上的大气借助对流会将太阳能进行再分配。图为在不旋转的地球。大气环流风向地球旋转，使图气流产生陀螺旋转的趋势。（1）由于地球的旋转，吹向赤道风因而偏转向西；（2）吹向两极的风因而偏转向东；（3）上述两种作用近赤道区最小，近极区最大。B.地方风由于地方性质不同,如水陆分布、地理起伏、地表状况不同，引起空气的流动。海陆风、季风、山谷风、庭院风、巷道风等。山谷风C.风的描述风向：风吹来的地平方向。风速：风的大小称为风速。先定十六个方向，再统计出各方向的频率，连接各点，圆周线代表频率值。风玫瑰图:泉州5-9月风向玫瑰图泉州全年风向玫瑰图风速玫瑰图：先统计出某一方向某一范围如0～1.0m/s出现的次数，再求出该方向该范围内风速的频率。按照画风玫瑰图的方法画出这一范围玫瑰图，再统计另一风速范围如1~2m/s出现次数的及计算出某出现频率，按方向和比例截取线段描点，连接各点形成区域即可划出风速图。D.风速随高度的变化A.与下垫面性质有关B.随高度增加而增加C.可用指数形式表示V=V0(Z/Z0)nE.我国风向分区Ⅰ.季节变化型：冬夏风向变化＞135度,≤180度。Ⅱ.主导风向型：全年风向基本一致。Ⅲ.无主导风向型。Ⅳ.准静风型。F.建筑物周边的风建筑物所受风压2.5降水降水：从大地蒸发出来的水汽进入大气层，经过凝结后又降到地面上的液态或固态水分简称降水。描述降水性质的参数：降水量、降水时间、降水强度。影响降水的因素：气温、大气环流、地形、海陆分布。降水量：是指降落到地面的雨、雪、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mm为单位。降水时间：指一次降水过程从开始到结束的持续时间，单位h或min。降水强度：指单位时间内的降水量，等级以24小时的总量（mm）表示。小雨:10mm，中雨:10~25mm，大雨:25~50mm，暴雨:50~100mm。我国降水分布特点(1)从东南沿海向西北内陆减少。(2)山地多于平地,迎风多于背风。(3)与地形与风型有关。降水与山系太平洋沿海的帕罗阿托(PaloAlto)向东横过海滨山脉和内华达山(SierraNavada)至内华达沙漠(Navadadesert)A.多雨区在山脉的近陆地。B.最大雨量出现在山脉的中央西斜坡。3.城市气候3.1城市的形成3.2现代城市的特点A.建筑物鳞次栉比,高低不一,是由混凝土堆积而成特殊场所。是自然地表受到人为改造的特殊底层垫面。B.街道纵横,人口密集,大量能源输入和消费,“人为热”大量产生排放的地方。C.是垃圾废物、尘埃、有毒和有害气体产生和排放的中心。3.3城市气候概念及特点A.概念城市气候是指某一地区在城市化后，由于人口高度密集，众多建筑物构成特殊下垫面，高强度的经济活动中消耗大量燃料，释放出有害气体和粉尘以及其他人类生产和生活的影响，改变了该地区原有的区域气候状况，形成一种与城市周围不同的局地气候称为城市气候。B.城市气候特点（1）大气透明度差，削弱太阳辐射。（2）气温较高，形成“热岛”效应。城市热岛环流美国华盛顿特区的辐射式街道巴西贝洛奥里藏特城市街道布置（3）风速减小，风向各地而异。大气分层:奥克（Oke）将城市大气划分为以下几层，城市边界层、城市覆盖层、城市热羽层。（4）蒸发减弱，湿度变小，地面较干躁；形成“城市干岛”。城市绝对湿度的日振幅比郊区大。.（5）城区降水量增多。有丰富的冷结核,形成“城市雨岛”。城市云量比郊区为多，城市中下风方向降水量多。（6）雾多、能见度差。大量尘埃粒引起。3.4城市区域热环境调节借助于数学模型可以模拟部分因素对气温的可能影响，并对造成的可能最大影响程度作了初步的估计。通过合理的城市规划和建筑设计，可以对城市区域热环境的改善起到很好作用。城市干道的走向不仅影响日照，而且对太阳辐射热和风速有明显影响，这些都是对局部区热环境起作用的主要因子。因而根据本区域的主导风向等因素规划城市道路系统有利于减弱城市热岛效应。4.我国的建筑气候A.区划意义概括出各地区的气候特点，起到：（1）适应不同气候条件（2）明确各地建筑的基本要求（3）为建筑城规划提供所需的气候参数（4）合理利用当地的气候资源,改善和提高城市与建筑环境质量,充分发挥建设投资的经济效益和社会效益。4.1建筑气候区划的意义和分级7个一级区(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ)，反映大差别。以气温、相对湿度、降水为指标。20个二级区（ⅠA、ⅠB、ⅠC…)小差别。B.分级I区以1月平均气温和冻土性质为二级指标Ⅱ区以7月平均气温和日较差为二级指标Ⅲ区以7月平均气温和最大风速为二级指标Ⅳ区以最大风速为二级指标Ⅴ区以1月平均气温为二级指标Ⅵ区以1月和7月平均气温为二级指标Ⅶ区以1月和7月平均气温、降水量为二级指标4.2.中国建筑热工设计分区A.仅对建筑热环境和保温隔热设计而提出。B.以累年最冷月（1月）和最热月（7月）平均温度作为主要指标；用累年日平均温度≤5℃和≥25℃的天数为辅助指标。5.建筑的气候适应性严寒地区(围护结构厚重、门窗小、密闭性）蒙古苞：圆形可使相同空间的表面积最小，热量散失最小爱基斯摩人圆顶雪屋：剖面及其中的温度分层现象寒冷地区（较大的围合争取日照，阻挡冷风）窑洞是利用地层温度稳定夏热冬冷地区：（江南水乡，潮湿，遮阳和通风)夏热冬暖地区：（广西，夏季遮阳十分重要)福建：台风的适应湿热地区：通风、架空、防潮、防虫傣族竹楼马来群岛的草屋干热地区：（沙漠，围护结构厚重，衰减温度波，被动