建筑环境学-建筑外环境
建筑环境学第章建筑外环境
建筑环境学第一章：建筑外环境1. 建筑外环境的概述建筑外环境是指建筑外部的环境，包括景观、道路、人行道、停车场、广场等。
它们直接影响了人们对建筑的印象和建筑的使用效果，同时也影响了鼓励人们步行、骑行、乘坐公共交通等可持续出行方式的能力。
2. 建筑外环境的功能2.1 满足日常需求建筑外环境的基本功能就是满足人们的日常需求，例如通行、停放、休息等。
因此，它们需要考虑到人们的行为习惯和需求，保证其便利性和实用性。
2.2 塑造建筑形象建筑外环境是建筑的门面，直接影响了人们对建筑的第一印象和对其性质的判断。
因此，在塑造建筑形象时，需要为其设计一个和谐的、一致的外观。
2.3 改善环境质量建筑外环境设计也可以通过改善环境质量，满足人们对居住和工作环境的基本风格和舒适度。
例如，可以增加绿化率、照明等方面的设计。
2.4 鼓励可持续出行建筑外环境的设计也可以促进可持续出行方式，如步行、骑行和乘坐公共交通等。
通过在设计中融入步行和骑行道路，同时确保景观和功能，可以尽可能地鼓励人们步行和骑行。
3. 建筑外环境设计的要素3.1 形式美建筑外环境的设计应该考虑到前述的建筑形象塑造，同时要反映地域文化、特点等。
因此，建筑外环境的设计应该考虑到建筑的风格，与周围环境协调一致同时突出建筑的特点与美感。
3.2 便捷性便捷性是建筑外环境设计的一个重要参考标准之一。
人们使用建筑外环境的主要目的是为了实现快捷、方便和舒适的交通出行和日常生活所需。
因此，建筑外环境设计需要体现对行人、车辆等的需求，主要包括天然遮荫、安全性道路标记、有效的路线、智慧交通…3.3 安全性安全性是建筑外环境设计的另一个重要要素，在设计中需要考虑人们的行为和可能出现的意外。
例如，建筑外墙应该有合适的高度和使用安全的建筑材料，尽可能减少干扰行人和车辆的因素。
同时在设计时充分考虑安全隐患点，例如人行道上的勾纹沟、道路反光等。
3.4 可持续性可持续性是建筑外环境设计的另一个关键要素。
课后习题——精选推荐
建筑环境学课后习题第二章建筑外环境1、为什么我国北方住宅严格遵循坐北朝南的原则，而南方（尤其是华南地区）住宅并不严格遵守此原则？2、是空气温度的改变导致地面温度的改变，还是地面温度的改变导致空气温度的改变？3、晴朗的夏夜，气温25，有效天空温度能达到多少？如果没有大气层，有效天空温度应该是多少？4、为什么晴朗天气的凌晨树叶表面容易结露和结霜？5、采用低放射率的下垫面对城市热岛效应有不好的影响吗。
如果住宅小区采用高反射率的地面铺装是否能够改善住区微气候，为什么？6、水体和植被对热岛现象起什么作用？机理是什么？7、根据教材表2-5和附录2-3，在各区内找1个接近其最不利情况的城市，在焓湿图上标出其冬夏季的室外设计状态点，对温湿度予以说明。
第三章建筑热湿环境1、设计一道习题，计算哈尔滨某房间（教室、办公室等）的夏季冷负荷。
参考：各种空调设计手册、负荷计算方法书2. 室外空气综合温度是单独由气象参数决定的吗？3、什么情况下建筑物和环境之间的长波辐射可以忽略？4、透过玻璃窗的太阳辐射是否只有可见光。
没有红外线和紫外线？5、透过玻璃窗的太阳辐射是否等于建筑物的瞬时冷负荷？6、室内照明和散热设备是否直接转变为瞬时冷负荷？7、为什么冬季往往可以采用稳态算法计算采暖负荷而夏天却一定要采用动态算法计算空调负荷？8、围护结构内表面上的长波辐射对负荷有何影响？9、夜间建筑物可以通过玻璃窗以长波辐射形式把热量散出去吗？第四章人体对热湿环境的反应1、比较分析PMV与ET的特点和适用场合。
如果某办公室设计标准是干球温度26℃，相对湿度65％，风速0.25m/s。
如果最低只能使温度达到27℃，相对湿度仍然为65％，有什么办法可使该空间能达到与设计标准同等的舒适度？2、人的代谢率主要是由什么因素决定的？人体的发热量和出汗率是否随环境空气温度的变化的改变而改变？3、“冷”和“热”是什么概念？单靠环境温度能否确定人体的热感觉？湿度在热体热舒适中起什么作用？4、国外常用带内电热源manikin（人体模型）做热舒适实验，manikin的发热量由输入的活动强度确定，材料的导热系数与人体肌肤基本相同。
建筑环境学复习重点
第二章建筑外环境1.建筑环境学的课程内容：由建筑外环境、建筑热湿环境、人体对热湿环境的反应、室内空气品质、气流环境、声环境、光环境七个主要部分组成2.时差：真太阳时与当地平均太阳时的差值3.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4.太阳时角：将真太阳时用角度表示，称太阳时角。
指当时太阳入射的日地中心连线在地球赤道平面上的投影与当地真太阳时12点时，日地中心连线在赤道平面上的投影之间的夹角。
5.太阳方位角：太阳至地面上某给定点连线在地面上的投影在当地子午线（南向）的夹角。
太阳高度角：太阳光线与水平面间的夹角。
6.太阳常数：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i0= 1353W/m²。
7.大气压力定义：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。
气压随高度按指数降低。
海平面大气压力称作标准大气压8.气象站所记录的风速为当地10m高处的风速。
9.风玫瑰图：包括风向频率分布图、风速频率分布图①直观地反映出一个地方的风向和风速②除圆心以外每个圆环间隔代表频率为5%类型：季节变化、主导风向、双主导风向、无主导风向、准静止风10.霜洞：在某个范围内，温度变化出现局地导致现象，其极端形式称为...11.降水：从大地蒸发出来的水进入大气层，经过凝结之后又降到地面上的液态或固态水分。
降水性质：①降水量：指降落到地面的雨、雪、冰雹等融化后，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；②降水时间③降水强度：指单位时间内的降水量。
降水强度的低等级以24小时的总量来划分。
小雨<10，中雨10-25，大雨25-50，暴雨50-100。
12.城市气候特点：①.城市风场与远郊不同。
除风向改变以外，平均风速低于远郊的来流风速；②.气温较高，形成热岛现象；③.城市中的云量，特别是低云量比郊区多，大气透明度低，太阳总辐射照度也比郊区弱。
建筑环境学课后习题完整版
建筑环境学课后习题完整版Newly compiled on November 23, 2020课后习题答案第二章建筑外环境1.为什么我国北方住宅严格遵守坐南朝北的原则，而南方（尤其是华南地区）住宅并不严格遵守此原则答：我国分为严寒、寒冷、夏热冬冷和暖和地区，居住建筑一般总是希望夏季避免日晒，而冬季又能获得较多光照，我国北方多是严寒和寒冷地区，建筑设计时，必须充分满足冬季保暖要求，部分地区兼顾夏季防热，北部地区坐北朝南能够达到充分利用阳光日照采暖，能够减少建筑的采暖负荷，减少建筑采暖能耗，所以，我国北方住宅严格遵守坐北朝南的原则，而南方地区必须满足夏季防晒要求适当兼顾冬季保暖，所以南方住宅可以不遵守原则。
2.是空气温度的改变导致地面温度改变，还是地面温度的改变导致空气温度改变答：互相影响的，主要是地面温度的改变对空气温度变化起主要作用，空气温度的改变一定程度上也会导致地面温度改变，因为大气中的气体分子在吸收和放射辐射时是有选择的，对太阳辐射几乎是透明体，只能吸收地面的长波辐射，因此，地面与空气的热量交换是气温上升的直接原因。
3.晴朗的夏夜，气温25℃，有效天空温度能达到多少如果没有大气层，有效天空温度应该是多少根据书中有效天空温度估算式（2-23）有效天空温度与近地面气温和空气的发射率有关，空气发射率又与露点温度有关，露点温度又与气温和相对湿度（或含湿量）有关，假定在晴朗的夏夜，气温为25℃，相对湿度在30％-70％之间，则tdp＝6℃-19℃，有效天空温度tsky＝7℃-14℃。
在某些极端条件下，tsky可以达到0℃以下。
如果没有大气层，有效天空温度应该为0 K。
4.为什么晴朗天气的凌晨书页表面容易结露或结霜答：晴朗天空的凌晨，温度较低，云层较薄，尘埃，微小水珠，气体分子较大，太阳辐射较小，树叶主要向天空辐射长波辐射，树叶温度低于露点温度，树叶表面容易结露或结霜。
5.采用低反射率的下垫面对城市热岛有不好的影响。
建筑环境学课后习题(完整版)
课后习题答案第二章建筑外环境1.为什么我国北方住宅严格遵守坐南朝北的原则，而南方（尤其是华南地区）住宅并不严格遵守此原则？答：我国分为严寒、寒冷、夏热冬冷和暖和地区，居住建筑一般总是希望夏季避免日晒，而冬季又能获得较多光照，我国北方多是严寒和寒冷地区，建筑设计时，必须充分满足冬季保暖要求，部分地区兼顾夏季防热，北部地区坐北朝南能够达到充分利用阳光日照采暖，能够减少建筑的采暖负荷，减少建筑采暖能耗，所以，我国北方住宅严格遵守坐北朝南的原则，而南方地区必须满足夏季防晒要求适当兼顾冬季保暖，所以南方住宅可以不遵守原则。
2.是空气温度的改变导致地面温度改变，还是地面温度的改变导致空气温度改变？答：互相影响的，主要是地面温度的改变对空气温度变化起主要作用，空气温度的改变一定程度上也会导致地面温度改变，因为大气中的气体分子在吸收和放射辐射时是有选择的，对太阳辐射几乎是透明体，只能吸收地面的长波辐射，因此，地面与空气的热量交换是气温上升的直接原因。
3.晴朗的夏夜，气温25℃，有效天空温度能达到多少？如果没有大气层，有效天空温度应该是多少？根据书中有效天空温度估算式（2-23）有效天空温度与近地面气温和空气的发射率有关，空气发射率又与露点温度有关，露点温度又与气温和相对湿度（或含湿量）有关，假定在晴朗的夏夜，气温为25℃，相对湿度在30％-70％之间，则tdp＝6℃-19℃，有效天空温度tsky＝7℃-14℃。
在某些极端条件下，tsky可以达到0℃以下。
如果没有大气层，有效天空温度应该为0 K。
4.为什么晴朗天气的凌晨书页表面容易结露或结霜？答：晴朗天空的凌晨，温度较低，云层较薄，尘埃，微小水珠，气体分子较大，太阳辐射较小，树叶主要向天空辐射长波辐射，树叶温度低于露点温度，树叶表面容易结露或结霜。
5.采用低反射率的下垫面对城市热岛有不好的影响。
如果住宅小区采用高反射率的地面铺装是否能够改善住区微气候？为什么？答：其效果不是很好，由于城市建筑的密集，植被少采用高反射率的地面铺装，虽然减少了地面对辐射的吸收，但其反射出去的辐射仍会被建筑群所吸收，另外，由于逆温层的存在，其可能会导致空气温度的开高，从而不利于住区微气候的改善。
建筑环境学-建筑外环境
第十三页，共89页。
太阳辐射的电磁波
紫外线
可见光
近红外线
第十四页，共89页。
长波 红外线
太阳辐射能量比例
近红外线 45.2%
长波红外线 2.2%
紫外线 7.0%
第十五页，共89页。
可见光 45.6%
大气层对太阳辐射的吸收
第十六页，共89页。
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
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
第二十九页，共89页。
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。
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。
第四十五页，共89页。
有效天空温度
日照百分率
T s k [ 0 . y 9 T d 4 ( 0 . 3 0 . 0 2e 2 d ) 0 . 3 ( 6 0 . 7 0 S ) T 0 0 4 ] 1 / 4
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。
建筑环境学习题答案
《建筑环境学》第一部分建筑外环境1.1 地球绕日运动的规律地球与太阳之间的几何关系和定量描述模型。
1.2 太阳辐射太阳常数与太阳辐射的电磁波谱；地球表面上的太阳辐射能与各种影响因素之间的关系以及其能量的组成成分；太阳辐射作用与地球的热平衡关系；日照的作用。
1.3 室外气候自然室外气候形成特点和影响因素。
1.4 城市微气候由于人工的建设活动导致的城市微气候特点和影响因素，包括热岛效应、城市和小区风场、建筑物的布局与日照效果的关系。
1.5 我国气候分区特点我国两个主要的气候分区法以及不同区域的气候特点。
1.6 基本概念太阳时、太阳常数、太阳辐射、太阳辐射照度、太阳直射辐射、太阳散射辐射、有效天空温度、大气层消光系数、热岛效应。
第二部分建筑热湿环境2.1 太阳辐射对建筑物的热作用围护结构外表面所吸收的太阳辐射热；透明和半透明材料对太阳辐射的作用。
2.2 建筑围护结构的热湿传递与得热通过非透明围护结构和透明围护结构的热、湿传递特征；不同材料和结构的门窗和墙体的热过程特点；围护结构不稳定传热过程和传湿过程的数学模型。
2.3 以其他形式进入室内的热量和湿量室内产热产湿和空气渗透带来的得热的特点和定量描述方法。
2.4 冷负荷与热负荷负荷与得热的关系。
2.5 典型负荷计算方法原理国内外负荷计算方法的发展；不同类型负荷计算方法的适用条件；目前国内外典型的建筑热过程与负荷模拟分析软件。
2.6 基本概念维护结构、室外空气综合温度、夜间辐射、遮阳系数、得热、太阳得热系数、冷负荷、热负荷。
第三部分人体对热湿环境的反应3.1 人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础人体的热平衡、人体的温度感受系统、人体的体温调节系统、热感觉、热舒适等原理和理论体系。
3.2 人体对稳态热环境反应的描述热舒适方程、预测平均评价、有效温度和 ASHRAE 舒适区等，人体对稳态热环境反应的描述方法。
3.3 人体对动态热环境的反应人体对动态热环境的反应的研究历史与发展。
建筑环境学课后习题答案
四合院建筑
• 利用太阳高度角的特点，仅 在北方出现。 • 冬季有效地利用了太阳能采 暖和抵御北风侵袭，屋顶设 计避免了夏季室内过热。
• 是空气温度改变导致地面温度改变，还是地面温 度改变导致空气温度改变？ • 课本 P21
• 没有大气层时，有效天空温度应该是多少？
Q：有效天空温度的 物理意义是什么？ A：表征大气层对地 球表面的投入辐射 Qsky，如果没有大气 层则Qsky=0 Q：晴天和阴天室外 温度有什么区别？
冷负荷减少。
第四章 人体对热湿环境的反应
• 人的代谢率主要是由什么因素决定的？
–肌肉活动强度 –环境温度、性别、年龄、神经紧张程度、进食后时间 的长短
• 人体的发热量和出汗率是否随环境空气温度的改 变而改变？
–当环境温度较高时，人体表面出汗率随环境温度升高 而升高 –而当环境温度较低时，人体的一部分水分通过皮肤表 层直接蒸发到空气中去，此时出汗率很低，并且几乎 不随空气温度变化而变化
各种得热进入空气的途径
• 潜热得热、渗透空气得热
– 得热立刻成为瞬时冷负荷
• 通过围护结构导热、通过玻璃窗日射得热、室 内显热源散热
– 对流得热部分立刻成为瞬时冷负荷 – 辐射得热部分先传到各内表面，再以对流形式进入
空气成为瞬时冷负荷，因此负荷与得热在时间上存
在延迟。
如果一个空调房间，只有一面外墙，室 内热源为一个大功率灯，把灯光投射到 外墙内表面上和把灯光投射在内墙表面 上对房间的冷负荷有何影响？
• 植被地面
– 反射率低 – 植物表面温度不高，长波辐射量不大，且反射到人身上的太阳辐 射也少 – 由于植物的光合作用和蒸腾作用，一部分太阳能转化为化学能， 另一部分转化为水的潜热被带走 – 使用植被可以改善附近的微气候环境。
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. 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
.
长波
紫外线 可见光
近红外线
红外线
太阳辐射能量比例
本章内容要点
宏观气候——太阳辐射作用于地球气候特点
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
.
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
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
.
太阳辐射能与太阳高度角
.
大气质量 m
为什么太
大
阳高度角接
近0º和90º时
垂直面的日
射量都小？
IN = I0 P m
m = L’/L = 1/sin
.
大
21
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
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照度小
.
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
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
• 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
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 sin = cos cos h cosδ+ sin sinδ 太阳方位角 sinA = cosδsin h /cos
.
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。
盈余区域
短缺区域
.
净增益
辐射增益区
随纬度基本 不变
占地面积40％
过渡区
净损失
占地面 积36％
损失区 占地面积36％
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
太阳高度角
.
太阳时角
太阳方位角
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
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
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。
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
.
大气透明度
大气层消光系数
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
.
大气压力
海拔高度(km)
• 大气压力随海拔高
7
度而变
6
5
玛多
• 在同一位置，冬季
4
拉萨
大气压力比夏季大
3 2
格尔木 昆ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 兰州
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
大气压力(kPa)
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
伦敦格林威治天文台
. 经线或子午线
纬线
地球绕日的运动
➢四季
• 太阳的位置与日照的关系
• 赤纬 ：太阳光线
北回归线
与地球赤道平面
之间的夹角
南回归线
+23.5°
.
0°
赤纬d
0° -23.5°
地球绕日的运动
南北回归线
.
地球绕日的运动
近红外线 45.2%
长波红外线 2.2%
紫外线 7.0%
.
可见光 45.6%
大气层对太阳辐射的吸收
.
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。
我国将大气透明度作了6个等级的分区，1级
最透明
0.85
大气透明度 P
0.8
东京晴天的
0.75
大气透明度
逐月值
0.7
0.65
0.6
.
0
2
4
6
8 10 12
月份
我国的大气透明度分区 我国的大气透明度分区
2 4
3
.
3
5 6
4
第三节 室外气候
自然的微气候 大气压力 风 空气温度 有效天空温度 地层温度 空气湿度 降水
风速有梯度，地面为 0 m/s，可认为按
幂函数规律分布，如：
Vh Vm
e(thmmeett)am（ et h） a
.
蒲福风力等级表
风 自由海面状况
力 等
浪高
级 一般(m) 最高(m)
陆地地面征象
距地 10 米 高处的相
当风速
米/秒
0
－
1 0.1
• 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?
.
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
.
北京时间
E
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β—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