第2章建筑外环境
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第二章建筑外环境
鼻 子 感 觉 的 生 理 基 础
•温觉
•嗅觉
•化学感觉
第二章建筑外环境
温湿度和IAQ满意度的关系
第二章建筑外环境
C.P. Yaglon制定的臭气强
度指标
•一般控制在2级一下
第二章建筑外环境
根据国家环保局的统一规定，中
国空气质量划分为5级
评价客观 级别 综合指数I
说明
I 0 ~ 0.49 清洁，适宜人类生活
污染物衡量标准
B 气体污染物浓度：体积浓度(ppm)、质量浓 度(mg/m3)、放射性气体浓度(Bq/ m3)
B 放射性比活度 specific activity：某种材料单 位质量的某种放射性核素的活度，Bq/kg。
B 悬浮颗粒物
J 质量浓度：mg／m3 J 计数浓度：粒／cm3
B 微生物
J 撞击法：菌落形成单位（CFU）/m3
第二章建筑外环境
生活中的燃烧过程：炊 事、吸烟等
第二章建筑外环境
装修材料、日化产品
第二章建筑外环境
微生物
第二章建筑外环境
室
内
污
染
物
的
来
源
第二章建筑外环境
室内空气污染物的来源之三： 人体生物污染
B CO2：新陈代谢 B 气味：汗液蒸发、呼吸、有机物排泄、微生物分
解、氨气等 B 衣服上的灰尘、细菌 B 烟草的烟气：VOC和 CO
J Acceptable Perceived Indoor Air Quality: 感觉上可以接收的IAQ，应该是必要条件而 不是充分条件，62-1999中未出现。
第二章建筑外环境
空气污染的评价指标
B 室内空气品质的评价方法
建筑环境学-建筑外环境
太阳高度角 sin = cos cos h cosδ+ sin sinδ 太阳方位角 sinA = cosδsin h /cos
精选课件
太阳高度角
太阳时角
太阳方1位1 角
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(δ)，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
赤纬d
0°
6
-23.5°
地球绕日的运动
南北回归线
精选课件
7
地球绕日的运动
• 昼夜
—地方平均太阳时
—世界时
—标准时
90
—真太阳时
—时角
北京时间
E
问题：上海的地方平均太阳时和北京时间差多少?
精选课件
8
地球绕日的运动
经度
太阳与地球 距离变化造 成的偏差
90
时区当地 标准时
精选课件
北京时间
E
9
太阳在空间的位置
气压力高，变化范 围5％以内
1
太原 • 海平面大气压力称
0
北京 作标准大气压，为
-1
101325 Pa 或 760
40 50 60 70 80 90 100 110
精选课件
大气压力(kPa)
mmHg
28
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。
所谓太阳总辐射照度一般仅包括前两部分
精选课件
18
太阳辐射能的去向
精选课件
19
太阳辐射能与太阳高度角
精选课件
20
大气质量 m
为什么太
精选课件
太阳高度角
太阳时角
太阳方1位1 角
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(δ)，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
赤纬d
0°
6
-23.5°
地球绕日的运动
南北回归线
精选课件
7
地球绕日的运动
• 昼夜
—地方平均太阳时
—世界时
—标准时
90
—真太阳时
—时角
北京时间
E
问题：上海的地方平均太阳时和北京时间差多少?
精选课件
8
地球绕日的运动
经度
太阳与地球 距离变化造 成的偏差
90
时区当地 标准时
精选课件
北京时间
E
9
太阳在空间的位置
气压力高，变化范 围5％以内
1
太原 • 海平面大气压力称
0
北京 作标准大气压，为
-1
101325 Pa 或 760
40 50 60 70 80 90 100 110
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大气压力(kPa)
mmHg
28
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。
所谓太阳总辐射照度一般仅包括前两部分
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18
太阳辐射能的去向
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19
太阳辐射能与太阳高度角
精选课件
20
大气质量 m
为什么太
第二章建筑外环境(103)
• 适用于一般工业与民用建筑。适应范围更广、 涉及的气候参数更多。
• 以累年一月和七月的平均气温、七月的平均相 对湿度等作为主指标；以年降水量、年日平均 气温大于、等于5 °C和小于、等于25°C的 天数等作为辅助指标，将全国划为七个一级区。
• 又以一月、七月平均气温、冻土性质、最大风 速、年降水量等指标，将全国划为20个二级 区，并提出相应的建筑基本要求。
• 为满足人们生活和生产、工作对良好室内环境 的需要，必须理解建筑所在地外环境各主要影 响因素的特征、变化规律及其作用。
建筑外环境构成
• 由太阳辐射对地球的作用和地球本身物性所决定的地 球气候条件（热平衡）：长期稳定、适宜生存。 与建筑内部环境（热湿、空气）密切相关的室外气 候要素：太阳辐射、气温、气压、湿度、风、降水等。 • 本地区的空气质量； • 当地的光气候（室外照度状况和影响其变化的气象因 素之和） • 区域的环境噪声 • 地质环境（地壳层~土质、水文地质条件、开采情况） • 水环境（地表水、地下水环境） • 植被（自然和人工的所有植物总合）
2、大气压力 （1）地球表面的气压不同，变化是复杂的。
• 大体上，是随海拔高度按照指数降低的。
• 多年平均值随纬度分布：赤道低压带、极地高压带、 副热带高气压带、副极地低气压带。 • 在同一位置，冬季大气压力比夏季大气压力高，但变 化范围在5％以内。
（2）对人体的影响主要是对体内的氧气供应。
• 气压降低，人体会发生一系列生理反应。如高山反应、 甚至生命危险。
2、设计规范：
• 规定计算用室外空气参数都有一定的“不保证率” • “不保证时间”：全年不保证室内设计要求的累计时 间 • 室内温湿度必须全年保证时，应另行确定空调室外计 算温度
2-3 城市和建筑微气候
• 以累年一月和七月的平均气温、七月的平均相 对湿度等作为主指标；以年降水量、年日平均 气温大于、等于5 °C和小于、等于25°C的 天数等作为辅助指标，将全国划为七个一级区。
• 又以一月、七月平均气温、冻土性质、最大风 速、年降水量等指标，将全国划为20个二级 区，并提出相应的建筑基本要求。
• 为满足人们生活和生产、工作对良好室内环境 的需要，必须理解建筑所在地外环境各主要影 响因素的特征、变化规律及其作用。
建筑外环境构成
• 由太阳辐射对地球的作用和地球本身物性所决定的地 球气候条件（热平衡）：长期稳定、适宜生存。 与建筑内部环境（热湿、空气）密切相关的室外气 候要素：太阳辐射、气温、气压、湿度、风、降水等。 • 本地区的空气质量； • 当地的光气候（室外照度状况和影响其变化的气象因 素之和） • 区域的环境噪声 • 地质环境（地壳层~土质、水文地质条件、开采情况） • 水环境（地表水、地下水环境） • 植被（自然和人工的所有植物总合）
2、大气压力 （1）地球表面的气压不同，变化是复杂的。
• 大体上，是随海拔高度按照指数降低的。
• 多年平均值随纬度分布：赤道低压带、极地高压带、 副热带高气压带、副极地低气压带。 • 在同一位置，冬季大气压力比夏季大气压力高，但变 化范围在5％以内。
（2）对人体的影响主要是对体内的氧气供应。
• 气压降低，人体会发生一系列生理反应。如高山反应、 甚至生命危险。
2、设计规范：
• 规定计算用室外空气参数都有一定的“不保证率” • “不保证时间”：全年不保证室内设计要求的累计时 间 • 室内温湿度必须全年保证时，应另行确定空调室外计 算温度
2-3 城市和建筑微气候
建筑外环境ppt课件教学教程
❖ 终日阴影：由于其他建筑物的遮挡，有 的地方在一天当中都无日照的现象。
❖ 永久阴影：指一年当中都没有日照的现 象。
建筑物的外形与阴影的形成
日照时间、南北方向相邻楼间距与纬度之间 的关系
§2-4 室外气候
❖ 一.基本概念 ❖ 二.影响地面附近气温的因素 ❖ 三.微气候范围内空气层温度随时间与空间
b）地面的覆盖面，如草原森林等不同的地形及地面覆 盖面对太阳辐射的吸收和反射本身温度变化的性质 均不同，所以地面的增温也不同。
c）大气的对流作用 无论水平方向还是垂直方向的空气流动都会使两地 的空气进行混合，减少两地的气温差别。
气温升降的主要原因 空气与地表的热交换量引起气温变化的主要原因
三.微气候范围内空气层温度随时间与空间的 变化规律
一.基本概念 ❖ 1.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/㎡。
❖ 2.太阳光谱： 在各种波长的辐射中，能转 化 为 热 能 的 主 要 是 可 见 光 部 分 （ 52% ） 0.38～0.76mm；0.76～3.0 mm的近红外线。
力比郊区大，储存水分的能力比郊区大， 蒸发沸腾作用比郊区小，城市的平均风 速小 ❖ 2.气温较高，形成热岛现象 ❖ 3.城市中的云量
最低日照标准： 冬至日底层住宅内满窗日照时间 ≮1h；
1.紫外线: (0.2～0.4 mm)
作用：杀菌；促进人体合成维生素；
危害：过度的照射会危害人体健康；由于氯氟碳 化合物对臭氧层的破坏，导致紫外线辐射 增强；是黑瘤的致病因素；
2.可见光(0.4～0.77mm)：在照明学上有重要意义；
3.红外线(0.77～4.0 mm)：造成热效果的主要因素； 日照强度大小和时间长短对人类行为的影 响；
❖ 永久阴影：指一年当中都没有日照的现 象。
建筑物的外形与阴影的形成
日照时间、南北方向相邻楼间距与纬度之间 的关系
§2-4 室外气候
❖ 一.基本概念 ❖ 二.影响地面附近气温的因素 ❖ 三.微气候范围内空气层温度随时间与空间
b）地面的覆盖面，如草原森林等不同的地形及地面覆 盖面对太阳辐射的吸收和反射本身温度变化的性质 均不同，所以地面的增温也不同。
c）大气的对流作用 无论水平方向还是垂直方向的空气流动都会使两地 的空气进行混合，减少两地的气温差别。
气温升降的主要原因 空气与地表的热交换量引起气温变化的主要原因
三.微气候范围内空气层温度随时间与空间的 变化规律
一.基本概念 ❖ 1.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/㎡。
❖ 2.太阳光谱： 在各种波长的辐射中，能转 化 为 热 能 的 主 要 是 可 见 光 部 分 （ 52% ） 0.38～0.76mm；0.76～3.0 mm的近红外线。
力比郊区大，储存水分的能力比郊区大， 蒸发沸腾作用比郊区小，城市的平均风 速小 ❖ 2.气温较高，形成热岛现象 ❖ 3.城市中的云量
最低日照标准： 冬至日底层住宅内满窗日照时间 ≮1h；
1.紫外线: (0.2～0.4 mm)
作用：杀菌；促进人体合成维生素；
危害：过度的照射会危害人体健康；由于氯氟碳 化合物对臭氧层的破坏，导致紫外线辐射 增强；是黑瘤的致病因素；
2.可见光(0.4～0.77mm)：在照明学上有重要意义；
3.红外线(0.77～4.0 mm)：造成热效果的主要因素； 日照强度大小和时间长短对人类行为的影 响；
2第二章建筑外环境
由于我国5个时区统一采用东8时区的时间作为标准时间，因此在用式(2-2)求取某地的真太阳时，Tm和Lm均应采用东8时区的标准时和中央子午线的经度。
若将真太阳时用角度表示时，则称太阳时角，简称时角h，是指图2-3的OP线在地球赤道平面上的投影与当地时间12点时，日、地中心连线在赤道平面上的投影之间的夹角。其计算公式为
真太阳时是以当地太阳位于正南向的瞬时为正午12时，地球自转15为1小时。但是由于太阳与地球之间的距离和相对位置随时间在变化，以及地球赤道与黄道平面的不一致，致使当地子午线与正南方向有一定的差异，所以真太阳时比当地的平均太阳时（钟表时间）有时快一些，有时慢一些。真太阳时与当地平均太阳时之间的差值称为时差。某地的真太阳Fra bibliotekT可按下式计算：
式中n——计算日在一年中的日期序号。
赤纬从赤道平面算起，向北为正，向南为负。春分时，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，南北半球的昼夜相等。春分以后，赤纬逐渐增加，到夏至达到最大+23.5，此时太阳光线直射地球北纬23.5，即北回归线上。以后赤纬一天天地变小，秋分日为的赤纬又变回到0。在北半球，从夏至到秋分为夏季，北极圈处在太阳一侧，北半球昼长夜短，南半球夜长昼短，到秋分时又是日夜等长。当阳光又继续向南半球移动时，到冬至日，赤纬达到-23.5，阳光直射南纬23.5，即南回归线。这情况恰与夏至相反。冬至以后，阳光又向北移动返回赤道，至春分太阳光线与赤道平行。如此周而复始。地球在绕太阳公转的行程中，春分、夏至、秋分、冬至是四个典型季节日，分别为春夏秋冬四季中间的日期。从天球上看，这四个季节把黄道等分成四个区段，若将每一个区段再等分成六小段，则全年可分为24小段，每小段太阳运行大约为15天左右。这就是我国传统的历法——24节气。
若将真太阳时用角度表示时，则称太阳时角，简称时角h，是指图2-3的OP线在地球赤道平面上的投影与当地时间12点时，日、地中心连线在赤道平面上的投影之间的夹角。其计算公式为
真太阳时是以当地太阳位于正南向的瞬时为正午12时，地球自转15为1小时。但是由于太阳与地球之间的距离和相对位置随时间在变化，以及地球赤道与黄道平面的不一致，致使当地子午线与正南方向有一定的差异，所以真太阳时比当地的平均太阳时（钟表时间）有时快一些，有时慢一些。真太阳时与当地平均太阳时之间的差值称为时差。某地的真太阳Fra bibliotekT可按下式计算：
式中n——计算日在一年中的日期序号。
赤纬从赤道平面算起，向北为正，向南为负。春分时，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，南北半球的昼夜相等。春分以后，赤纬逐渐增加，到夏至达到最大+23.5，此时太阳光线直射地球北纬23.5，即北回归线上。以后赤纬一天天地变小，秋分日为的赤纬又变回到0。在北半球，从夏至到秋分为夏季，北极圈处在太阳一侧，北半球昼长夜短，南半球夜长昼短，到秋分时又是日夜等长。当阳光又继续向南半球移动时，到冬至日，赤纬达到-23.5，阳光直射南纬23.5，即南回归线。这情况恰与夏至相反。冬至以后，阳光又向北移动返回赤道，至春分太阳光线与赤道平行。如此周而复始。地球在绕太阳公转的行程中，春分、夏至、秋分、冬至是四个典型季节日，分别为春夏秋冬四季中间的日期。从天球上看，这四个季节把黄道等分成四个区段，若将每一个区段再等分成六小段，则全年可分为24小段，每小段太阳运行大约为15天左右。这就是我国传统的历法——24节气。
第二章 建筑环境学室外环境
N d =＋23º 27’ S
秋分：9月22 90º (d S =0º ～ 1.53×108 ) km
66º 33’
北回归线
赤纬d
南回归线
2.1 建筑环境中的太阳辐射
2.1.1 地球运行的基本知识
2、几个概念
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。 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（东京120º/东8时 区）
2.1 建筑环境中的太阳辐射
2.1.3 太阳辐射能与日照
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。
破坏时：
CFCs、Cl原子等
反应消耗O3
臭氧浓度↓
紫外线进入地球表面 红外线：0.77-4 m范围的红外线（热效果强）是左右气
温的主要原因。
2.1 建筑环境中的太阳辐射
2.1.5 日照间距
1、日照的避免与保证
避免日照：防止室内过热（炎热地区的夏季），避免眩光和防 止化学作用的建筑（展览、阅读、药品管理）。 争取日照：病房、幼儿活动室，住宅要求日照以得到良好的卫 生条件，使房间冬季能得到太阳辐射以提高室温。
气候环境
室 外 气 象 参 数
中 国 气 候 环 境 设 计 的中 选室 用外 参 数
城 市 气 候
地 质 环 境
水 环 境
植 被
氡的形 成过程 地热
特征 气温、湿度、风、降水等
第二章建筑外环境
2. 附近有较低温的海风 吹来
1. 工业城市的人为散热会加 剧
室外气候
湿度
• 来源
– 水体蒸发
– 植物蒸发
• 特点
– 绝对湿度一日中 相对稳定 – 相对湿度与气温 变化反相
室外气候
湿度
• 年变化 – 内陆和沿海地区差别较大
室外气候
降水
• 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 • 降水强度：24小时的降水总量，单位 mm (或cm) • 影响因素
• 由于地表水陆分布、地势起伏、地面覆 盖等地方性条件所引起的
– 海陆风 – 山谷风 – 季风
室外气候
梯度风
• 下垫面对气流的摩擦作用，风速沿垂直方向存在 梯度，地面为 0 m/s，可认为按幂函数规律分布 • 边界层厚度取决于地表粗糙度
Vh = Vmet (
δ met
hmet
)
a met
( )a
太阳辐射
问题
太阳投射给地球表面能量的大小？
太阳辐射
太阳与地球的相对位置
地球直径1.27万千米，太阳直径是地球110倍 太阳离地球的平均距离约1.5亿千米
照射到地球的太阳光线是平行的
太阳辐射
太阳辐射
太阳入射到地平面的入射角变化
空间
时间
太阳辐射
影响因素
决定地球上被照面太阳辐射大小的因素
垂直面的太阳辐射照度 太阳光线与被照面的入射角 大气的吸收与反射
寒冷地区
夏热冬冷 地 区
必须满足夏季防热要求，适当 兼顾冬季保温
夏热冬暖 地 区
必须充分满足夏季防热要求， 一般可不考虑冬季保温 部分地区应考虑冬季保温，一 般可不考虑夏季防热
02 第2章 建筑外环境
23
大气压力变化
平均气压随纬度分布
气压日变化（2‰）
24
风
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
25
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。
净增益
辐射增益区
净损失 过渡区
损失区 占地面积36％
盈余区域 短缺区域
随纬度基本 不变 占地面积40％
占地面 积36％
26
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Vmet 风速有梯度，地面为 0 m/s，可认为按幂函数规律分 布，如高度h处： met a h a ) ( ) Vh Vmet ( hmet
met
气象站0.14 边界层厚度 市中心0.33
27
蒲福风力等级表
自由海面状况 风 力 浪高 等 级 一般(m) 最高(m) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 － 0.1 0.2 0.6 1.0 2.0 3.0 4.0 5.5 7.0 9.0 11.5 14.0 － 0.1 0.3 1.0 1.5 2.5 4.0 5.5 7.5 10.0 12.5 16.0 － 陆地地面征象 距地 10 米 高处的相 当风速 米/秒 静，烟直上 烟能表示方向，但方向标不能转动 人面感觉有风，树叶微响，方向标能转动 树叶及微枝摇动不息，旌旗展开 能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝摇动 有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波 大树枝摇动，举伞困难 全树摇动，迎风步行感觉不便 树枝折毁，人向前行，感觉阻力甚大 建筑物有小损，烟囱顶部及平屋摇动 可使树木拔起或使建筑物损坏较重。陆上少见。 陆上很少见，有则必有广泛破坏 陆上绝少见，摧毁力极大 0~0.2 0.3~1.5 1.6~3.3 3.4~5.4 5.5~7.9 8.0~10.7 10.8~13.8 13.9~17.1 17.2~20.7 20.8~24.4 24.5~28.4 28.5~32.6 32.7~36.9 28
大气压力变化
平均气压随纬度分布
气压日变化（2‰）
24
风
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
25
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。
净增益
辐射增益区
净损失 过渡区
损失区 占地面积36％
盈余区域 短缺区域
随纬度基本 不变 占地面积40％
占地面 积36％
26
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Vmet 风速有梯度，地面为 0 m/s，可认为按幂函数规律分 布，如高度h处： met a h a ) ( ) Vh Vmet ( hmet
met
气象站0.14 边界层厚度 市中心0.33
27
蒲福风力等级表
自由海面状况 风 力 浪高 等 级 一般(m) 最高(m) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 － 0.1 0.2 0.6 1.0 2.0 3.0 4.0 5.5 7.0 9.0 11.5 14.0 － 0.1 0.3 1.0 1.5 2.5 4.0 5.5 7.5 10.0 12.5 16.0 － 陆地地面征象 距地 10 米 高处的相 当风速 米/秒 静，烟直上 烟能表示方向，但方向标不能转动 人面感觉有风，树叶微响，方向标能转动 树叶及微枝摇动不息，旌旗展开 能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝摇动 有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波 大树枝摇动，举伞困难 全树摇动，迎风步行感觉不便 树枝折毁，人向前行，感觉阻力甚大 建筑物有小损，烟囱顶部及平屋摇动 可使树木拔起或使建筑物损坏较重。陆上少见。 陆上很少见，有则必有广泛破坏 陆上绝少见，摧毁力极大 0~0.2 0.3~1.5 1.6~3.3 3.4~5.4 5.5~7.9 8.0~10.7 10.8~13.8 13.9~17.1 17.2~20.7 20.8~24.4 24.5~28.4 28.5~32.6 32.7~36.9 28
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第四节 城市微气候
城市气候（概念p30）
小区风场 城市热岛 建筑布局与日照
小区风场
形成机理
建筑物对来流风的阻碍和聚集作用 小区内太阳辐射导致各表面存在温差而形成的自然对流
不当风场的危害
冬季造成热负荷增加 高风速影响人员行动 夏季自然通风不良 等
小区风场
建筑的布局对小区风环境有重要的影响。北京，在北风来流 7.6 m/s时，局部 1.5
第二章
建筑外环境
为什么要考虑建筑外环境?(P7)
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。
一个地区的气候是在许多因素综合作用下形成的。
太阳辐射对建筑物热环境和光环境有直接作用。
第一节 地球绕日运动的规律 第一节 地球绕日运动的规律
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
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。
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。
地层温度
未考虑地热的影响，可以采用傅里叶导热微分方程来求地层在周期 温度作用下的温度场。假定地壳是一个半无限大的物体，有：
边界条件为过余温度
第三节 室外气候
自然的微气候
大气压力 风与大气边界层 空气温度 地层温度 有效天空温度 空气湿度 降水
大气压力（p15）
大气压的存在的微观机理
在重力场中，气压随高度按指数规律降低
11km以下： 11－20千米： 20－30千米： 单位：kpa，m
大气压力
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 气压的日变化与年变化
影响因素
纬度：决定太阳高度角和日射强度 建筑布局：决定遮挡情况
日照时间与日照质量 日照间距系数
建筑布局与日照
建筑布局与日照
我国民用住宅设计规范要求底层住户冬至日的满窗日照时间不低于 1小时。
关于日影
终日日影：一天中都没有日照 永久日影：终年没有日照
建筑布局与日照
建筑的互遮挡： 不同建筑物相互遮挡 建筑的自遮挡： 建筑物一部分被另一部分遮挡
大气层质量 m
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
关于太阳高度角
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;
太阳高度角冬夏不同的应用
几个重要概念的物理意义及影响因素
辐射照度：p11，太阳辐射热量的大小 太阳常数：p11，太阳辐射照度的平均值 大气层消光系数：p13，大气层对太阳辐射的衰减能力 大气透明度：p13，衡量大气透明度的标志（见后面我国的6个等级大
★关于逆温层（p20）－逆温层的另外一种形成机理
室外气温
室外气温
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2~3时，最低气温一般出现在凌晨4~5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-日变化与年变化
空气温度的局部效应
降水P27
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 降水强度：24小时的降水总量，单位 mm (或cm) 降水量与降水时间： 影响因素
气温 地形 大气环流 海陆分布 我国降水分布趋势：东南向西北递减
关于梅雨季节
我国降水分布
我国降水基本集中在夏季，长江流域在夏初有“梅雨” 降雪集中在北纬35°以北
大气压力
关于大气压力与人体健康p17
大家可自行阅读，内容有趣！
风与大气边界层
风的成因
大气环流：造成全球各地差异
主因：赤道和两极辐射不均与－温差－压力差 次因：地球的公转、自转
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
地表温度不同引起的大气压力差是大气环流的动因，风的流动促进了 地球各地能量的平衡。
大气边界层
地表500-1000m高的空气层被称为大气边界层，其厚度主要取决于地 表粗糙度。
大气边界层
达芬堡（Davenport）风速分布规律：
ASHRAE(American Society of Heating Refrigerating and Airconditioning Engineers 美国采暖, 制冷与空调工程师学会)手册采纳公式：
太阳辐射能量比例
太阳常数I0=1353W/m2：大气层外的辐射照度(P11定义)
进入大气层后被反射和吸收，光谱成分有所改变，辐射照度有所改变。太阳高 度角是重要影响因素。
落到地球上的太阳辐射能量(P12)
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。
蒲福风力等级表 风玫瑰图 风玫瑰图
★关于逆温层
海陆风和山谷风
形成机理（一种或多种原因）： ➢ 夜间地面长波辐射（辐射逆温）强烈； ➢ 白天大气层被地面加热温升大； ➢ 城市排热量大（生产、生活）。 危害：垂直方向的自然对流受到抑制，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。（p21）
北京80年代初城市热岛强度为夏季1.5℃，冬季5℃。家用空调的普及和车辆的剧 增必然导致近年夏季热岛强度增加。
城市热岛的成因
自然条件
下垫面特殊的热物理性质 市内低风速 云量：市区内云量大于郊区
市内大气透明度低 下垫面的吸收和反射特性、蓄热特性
人为影响：“人为热”
交通、家用电器、炊事产热 空调、采暖产热
第一节 地球绕日运动的规律
时间 地球每转1° 需要4分钟 (15°/小时)
当地真太阳时T和 该时区平均太阳时 （标准时） Tm
T=Tm ± (L - Lm)/15 (h) 东半球取正，西半球取负?(P9 2-3)
第一节 地球绕日运动的规律
例题：已知北京时间为经度为东经120°的标准时，而北京实际的经 度为116°19′，当北京时间为12点时，北京当地真太阳时为多少？
m 高处出现 10 m/s 的高风速
风场的3-D图：1.5m高处
小区风场
改变建筑布局，小区风环境有明显改善
城市热岛
概念：P32 热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5 m高处）附近
远郊的气温的差值。单位：℃
伦敦的城市热岛
伦敦地区冬季月均热岛强度达到6.7℃（12 F）
北京的城市热岛
建筑的互遮挡情况 第五节 我国气候分区特点
建筑热工设计分区 建筑气候区划标准的分区法
柯本(W.P. Koppen)的来自球气候分区习题P42 习题1、2、3、4、5、6
交作业时间：与下一章作业一起收！
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! 大气对太阳辐射的削弱程度取决于射线在大气层中的行程（大气层质量）
和大气透明度。（板书理论分析）
我国的大气透明度分区
大气透明度
定义：I1/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
气透明度分区） 大气层质量：p13，反映阳光在大气层中通过距离的长短，根据公式
取决于太阳高度角大小
日照的作用(P12)（课后自己阅读）
日照过少导致人体产生的褪黑色素增加，引起精神忧郁 紫外线
杀菌，促进合成维生素D 导致皮肤癌
可见光
获得照明
红外线
带来辐射热能
第三节 室外气候 －太阳辐射取决定作用
（结果保留到分钟）
解： T=Tm ± (L - Lm)/15 (h) =12＋（116.33-120）/15 =11.7544＝11:45
南北回归线
赤纬和太阳高度角有什么区别？P10 时角和太阳方位角有什么区别？
可据此进行建筑物的朝向，间距，阴影范围，日射得热，空调负荷和自然采光的设 计计算
第二节 太阳辐射
城市热岛的成因：下垫面的影响
城市热岛与逆温层p32
“逆温层”的影响范围与热岛强度有关，在大城市可达500m高，小城市约为50m。
北京某新建小区的热岛模拟
S2区临马路，S3区绿化好，老区建筑布局不通风
北京某新建小区的热岛模拟
建筑布局与日照
日照的作用
冬季采暖：充分利用太阳能 自然采光需要：适当的散射辐射 心理需要：冬日室内光斑对人的心理有积极作用
℃
A是地层表面温度的波幅(℃)，Z是波动周期(小时)。
地层温度
地层原始温度随深度变化波形。
考虑地热的影响，深度每增加30米，地层平均温度一般就会增加1 ℃
湿度－
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
湿度
日变化 相对湿度与气温变化反相
湿度
年变化 内陆和沿海地区差别较大
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
有效天空温度
参考文献：刘森元，黄远峰：天空有效温度的探讨，《太阳能学报》，Vol.4, No.1, pp.63-68, 1983
地层温度p24
表面温度周期性波动。
城市气候（概念p30）
小区风场 城市热岛 建筑布局与日照
小区风场
形成机理
建筑物对来流风的阻碍和聚集作用 小区内太阳辐射导致各表面存在温差而形成的自然对流
不当风场的危害
冬季造成热负荷增加 高风速影响人员行动 夏季自然通风不良 等
小区风场
建筑的布局对小区风环境有重要的影响。北京，在北风来流 7.6 m/s时，局部 1.5
第二章
建筑外环境
为什么要考虑建筑外环境?(P7)
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。
一个地区的气候是在许多因素综合作用下形成的。
太阳辐射对建筑物热环境和光环境有直接作用。
第一节 地球绕日运动的规律 第一节 地球绕日运动的规律
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
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。
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。
地层温度
未考虑地热的影响，可以采用傅里叶导热微分方程来求地层在周期 温度作用下的温度场。假定地壳是一个半无限大的物体，有：
边界条件为过余温度
第三节 室外气候
自然的微气候
大气压力 风与大气边界层 空气温度 地层温度 有效天空温度 空气湿度 降水
大气压力（p15）
大气压的存在的微观机理
在重力场中，气压随高度按指数规律降低
11km以下： 11－20千米： 20－30千米： 单位：kpa，m
大气压力
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 气压的日变化与年变化
影响因素
纬度：决定太阳高度角和日射强度 建筑布局：决定遮挡情况
日照时间与日照质量 日照间距系数
建筑布局与日照
建筑布局与日照
我国民用住宅设计规范要求底层住户冬至日的满窗日照时间不低于 1小时。
关于日影
终日日影：一天中都没有日照 永久日影：终年没有日照
建筑布局与日照
建筑的互遮挡： 不同建筑物相互遮挡 建筑的自遮挡： 建筑物一部分被另一部分遮挡
大气层质量 m
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
关于太阳高度角
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;
太阳高度角冬夏不同的应用
几个重要概念的物理意义及影响因素
辐射照度：p11，太阳辐射热量的大小 太阳常数：p11，太阳辐射照度的平均值 大气层消光系数：p13，大气层对太阳辐射的衰减能力 大气透明度：p13，衡量大气透明度的标志（见后面我国的6个等级大
★关于逆温层（p20）－逆温层的另外一种形成机理
室外气温
室外气温
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2~3时，最低气温一般出现在凌晨4~5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-日变化与年变化
空气温度的局部效应
降水P27
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 降水强度：24小时的降水总量，单位 mm (或cm) 降水量与降水时间： 影响因素
气温 地形 大气环流 海陆分布 我国降水分布趋势：东南向西北递减
关于梅雨季节
我国降水分布
我国降水基本集中在夏季，长江流域在夏初有“梅雨” 降雪集中在北纬35°以北
大气压力
关于大气压力与人体健康p17
大家可自行阅读，内容有趣！
风与大气边界层
风的成因
大气环流：造成全球各地差异
主因：赤道和两极辐射不均与－温差－压力差 次因：地球的公转、自转
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
地表温度不同引起的大气压力差是大气环流的动因，风的流动促进了 地球各地能量的平衡。
大气边界层
地表500-1000m高的空气层被称为大气边界层，其厚度主要取决于地 表粗糙度。
大气边界层
达芬堡（Davenport）风速分布规律：
ASHRAE(American Society of Heating Refrigerating and Airconditioning Engineers 美国采暖, 制冷与空调工程师学会)手册采纳公式：
太阳辐射能量比例
太阳常数I0=1353W/m2：大气层外的辐射照度(P11定义)
进入大气层后被反射和吸收，光谱成分有所改变，辐射照度有所改变。太阳高 度角是重要影响因素。
落到地球上的太阳辐射能量(P12)
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。
蒲福风力等级表 风玫瑰图 风玫瑰图
★关于逆温层
海陆风和山谷风
形成机理（一种或多种原因）： ➢ 夜间地面长波辐射（辐射逆温）强烈； ➢ 白天大气层被地面加热温升大； ➢ 城市排热量大（生产、生活）。 危害：垂直方向的自然对流受到抑制，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。（p21）
北京80年代初城市热岛强度为夏季1.5℃，冬季5℃。家用空调的普及和车辆的剧 增必然导致近年夏季热岛强度增加。
城市热岛的成因
自然条件
下垫面特殊的热物理性质 市内低风速 云量：市区内云量大于郊区
市内大气透明度低 下垫面的吸收和反射特性、蓄热特性
人为影响：“人为热”
交通、家用电器、炊事产热 空调、采暖产热
第一节 地球绕日运动的规律
时间 地球每转1° 需要4分钟 (15°/小时)
当地真太阳时T和 该时区平均太阳时 （标准时） Tm
T=Tm ± (L - Lm)/15 (h) 东半球取正，西半球取负?(P9 2-3)
第一节 地球绕日运动的规律
例题：已知北京时间为经度为东经120°的标准时，而北京实际的经 度为116°19′，当北京时间为12点时，北京当地真太阳时为多少？
m 高处出现 10 m/s 的高风速
风场的3-D图：1.5m高处
小区风场
改变建筑布局，小区风环境有明显改善
城市热岛
概念：P32 热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5 m高处）附近
远郊的气温的差值。单位：℃
伦敦的城市热岛
伦敦地区冬季月均热岛强度达到6.7℃（12 F）
北京的城市热岛
建筑的互遮挡情况 第五节 我国气候分区特点
建筑热工设计分区 建筑气候区划标准的分区法
柯本(W.P. Koppen)的来自球气候分区习题P42 习题1、2、3、4、5、6
交作业时间：与下一章作业一起收！
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! 大气对太阳辐射的削弱程度取决于射线在大气层中的行程（大气层质量）
和大气透明度。（板书理论分析）
我国的大气透明度分区
大气透明度
定义：I1/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
气透明度分区） 大气层质量：p13，反映阳光在大气层中通过距离的长短，根据公式
取决于太阳高度角大小
日照的作用(P12)（课后自己阅读）
日照过少导致人体产生的褪黑色素增加，引起精神忧郁 紫外线
杀菌，促进合成维生素D 导致皮肤癌
可见光
获得照明
红外线
带来辐射热能
第三节 室外气候 －太阳辐射取决定作用
（结果保留到分钟）
解： T=Tm ± (L - Lm)/15 (h) =12＋（116.33-120）/15 =11.7544＝11:45
南北回归线
赤纬和太阳高度角有什么区别？P10 时角和太阳方位角有什么区别？
可据此进行建筑物的朝向，间距，阴影范围，日射得热，空调负荷和自然采光的设 计计算
第二节 太阳辐射
城市热岛的成因：下垫面的影响
城市热岛与逆温层p32
“逆温层”的影响范围与热岛强度有关，在大城市可达500m高，小城市约为50m。
北京某新建小区的热岛模拟
S2区临马路，S3区绿化好，老区建筑布局不通风
北京某新建小区的热岛模拟
建筑布局与日照
日照的作用
冬季采暖：充分利用太阳能 自然采光需要：适当的散射辐射 心理需要：冬日室内光斑对人的心理有积极作用
℃
A是地层表面温度的波幅(℃)，Z是波动周期(小时)。
地层温度
地层原始温度随深度变化波形。
考虑地热的影响，深度每增加30米，地层平均温度一般就会增加1 ℃
湿度－
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
湿度
日变化 相对湿度与气温变化反相
湿度
年变化 内陆和沿海地区差别较大
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
有效天空温度
参考文献：刘森元，黄远峰：天空有效温度的探讨，《太阳能学报》，Vol.4, No.1, pp.63-68, 1983
地层温度p24
表面温度周期性波动。