建筑环境学02建筑外环境.ppt
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1、第二章 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,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。对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。,本课程涉及的建筑外环境内容,太阳辐射对地球环境的作用以及地球气候的特点;人类营造的建筑物与生活、生产活动对局部微气候的影响。,第一节 地球绕日运动的规律,地球绕日的运动经度和纬度关于四季关于昼夜太阳在空间的位置太阳高度角 和太阳方位角,地球绕日的运动,经度和纬度,经线或子午线,纬线,地
2、球绕日的运动,关于四季 赤纬:太阳光线与地球赤道平面之间的夹角,赤纬d,北回归线,南回归线,地球绕日的运动,南北回归线,地球绕日的运动,关于昼夜地方平均太阳时世界时标准时真太阳时时角问题:上海的地方平均太阳时和北京时间差多少?,北京时间,太阳在空间的位置,太阳位置常用两个角度来表示:太阳高度角太阳方向与水平的夹角 太阳方位角A太阳方向的水平投影偏向南的角度确定太阳高度角及方位角,是为了进行日照时数,日照面积,房屋朝向和间距及房屋周围阴影区范围等的设计。,太阳在空间的位置,太阳高度角,太阳方位角,太阳高度角 sin=cos cos h cos+sin sin太阳方位角 sinA=cossin h
3、/cos,太阳在空间的位置,影响太阳高度角和方位角的因素有三:赤纬(),它表明季节(日期)的变化;时角(h),它表明时间的变化;地理纬度(),它表明观察点所在的位置。,第二节 太阳辐射,太阳常数与太阳辐射的电磁波太阳常数太阳辐射的电磁波大气层对太阳辐射的吸收大气层对太阳辐射的散射、反射与吸收大气层对太阳辐射的影响程度及影响参数水平面和垂直面上的直射辐射照度,太阳常数,指太阳与地球之间为年平均距离时,地球大气层上边界处,垂直于阳光射线的表面上,单位面积单位时间内来自太阳的辐射能量,I0=1353 W/m2。,太阳辐射的电磁波,可见光,紫外线,近红外线,长波红外线,太阳辐射的电磁波,太阳辐射能量比
4、例,大气层对太阳辐射的散射、反射与吸收,反射:被云层反射到空间散射:天空中的各种气体分子、尘埃、微小水柱。吸收:氧、臭氧、CO2与水吸收,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,太阳辐射能的去向,太阳辐射能的去向,大气层对太阳辐射的影响程度及影响参数,大气对太阳辐射的削弱程度取决于射线在大气中射程的长短与大气质量。而射程长短又与太阳高度角和海拔高度有关。,关于太阳高度角,太阳高
5、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照度小 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,关于大气透明度,定义:I1/I0=P=exp(-kL),P1 最透明 变化范围:0.650.75,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,我国的大气透明度分区,我国的大气透明度分区,6,5,4,4,3,3,2,水平面和垂直面上的直射辐射照度,某坡度为 的平面上的直射辐射照度IDi=IN cos i=IN sin(+)cos(A+)水平面上的直射辐射照
6、度 IDH=IN sin 垂直面上的直射辐射照度 IDV=IN cos cos(A+),太阳辐射能与太阳高度角,太阳辐射照度与朝向,北纬40的总辐射照度,第三节 室外气候,自然的微气候大气压力风与大气边界层 室外气温有效天空温度地温湿度降水,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101325 Pa 或 760 mmHg,大气压力与人体健康,人体可以忍受的大气压力的范围从0.303-15atm。低气压导致的缺氧对人体的威胁极大。高气压环境导致人体血液中的含氧量增加,红细胞、血红蛋白减少,白细胞数增加。从高压环境
7、快速回到标准大气压环境,会形成气栓,甚至危及人的生命。,风与大气边界层,风的成因 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,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。,海陆风和山谷风,风的测量,测量开阔地面 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,如:,风玫瑰图,某地的风
8、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,北京地区的风玫瑰图,粗线:全年 细实线:冬季,122月份 虚线:夏季,68月份,蒲福风力等级表,逆温层,由于夜间地面长波辐射的冷却作用,使得接近地面的空气被冷却,温度低于远离地面的空气层,就会形成辐射逆温。逆温层对自然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。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。,原因 地面有冷源1.夜间长波辐射2.附近有较低温的海风吹来,逆温层,室外气温,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
9、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。年平均温度:向高纬度地区每移动 200300 km 降低1。,室外气温与太阳辐射的关系,室外气温与纬度的关系,空气温度的日变化,武汉九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,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。,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,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,有效天空温度,大气层的辐射主要是
10、由二氧化碳、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(约占10)和来自地面的反射辐射,从而具有一定的温度,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。经常采用所谓的“有效天空温度”Tsky来计算大气层对地球表面的投入辐射Qsky。,有效天空温度,有效天空温度不仅与气温有关,而且与大气中的水汽含量、云量以及地表温度等因素有关。云层、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,所以有效天空温度很低。随着高度的增大,有效天空温度随之减小。,有效天空温度,大气层吸收10以上的太阳辐射和来自地面的反射辐射,并向地面进行长波辐射(58m及13m
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