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1、第2章 建筑外环境,虽然我们的研究对象以室内环境为主，但由于室内环境，尤其是热湿环境受室外的影响非常大，所以有必要了解外环境。,外环境是怎样影响室内环境的？,为什么要了解外环境？,建筑外环境知识框架,地球运行基本知识,建筑外环境,太阳位置表示方法,太阳辐射能与日照,日照间距与日影计算,室外气象参数,城市气候,中国气候环境,设计中室外参数的选用,地质环境,水环境,植被,气温、湿度、风、降水等,太阳辐射,气候环境,特征,氡的形成过程,地热,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,黄道面等分24段，每段15天，即为1
2、个节气，全年有24个节气,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.1 地球运行的基本知识,1、地球的公转与自转,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（东京120/东8时区）,标准时所处经度 120,当地经度 11319 12126,当地太阳时 11:33 12:06,地区标准时 12:00,广州 上海,两地时差,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.1 地球运行的基本知识,计算某时刻日照时应按标准时还是真太阳时？,2.1 建筑环境中的
3、太阳辐射 2.1.1 地球运行的基本知识,2）赤纬的存在，使得地球白昼时间不同。,式22,表21 式21,3、二十四节气的由来 1）地球绕太阳为一偏心率很小的椭圆轨迹运行，这一偏心椭圆引起的实际太阳时与理论计算的差值，对每一节气则用平均时差，对于每日采用e，实际太阳时可采用：,地球上存在某一天终日见不到太阳的地方吗？,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.2 太阳位置的表示方法,4、几个重要角度,太阳位置计算式：,太阳位置= f（地理位置、季节、时间、）,太阳高度角：,太阳方位角：,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.2 太阳位置的表示方法,可用否？,1、电磁波,建筑环境工学FIG1-23,
4、6000K黑体,大气层外,黑体373K （100）,单色辐射力,波长（ m）,323K （50）,273K （0）,单色辐射力,地面 纬度：30,0.380.76 m,7.0%,45.6%,45.2%,2.2%,此比例逐年上升,紫外线,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 太阳辐射能与日照,2、太阳常数与太阳辐射的电磁波太阳辐射能量比例,（1）光谱划分及占总能量的含量 波长不于0.38，为紫外线，占总能量的7% 波长在0.38-0.76，可见光，占总能量的45.6% 波长在0.76-3.0，近红外线，占45.2%,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 太阳辐射能与日照,3、光谱划分,建
5、筑环境工学FIG1-23,6000K黑体,大气层外,黑体373K （100）,单色辐射力,波长（ m）,323K （50）,273K （0）,单色辐射力,地面 纬度：30,0.380.76 m,7.0%,45.6%,45.2%,2.2%,此比例逐年上升,紫外线,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 太阳辐射能与日照,3 、辐射强度和太阳常数的概念 辐射强度I：指1 m2黑体表面在太阳辐射下所获得的值。 太阳常数IO：大气层外的辐射强度，是太阳与地球为年平均距 离时，与太阳光线垂直的表面上的太阳辐射强度为 1353W/m2。 太阳常数与太阳辐射光谱之间的关系： 太阳常数， W/m2 辐射波长
6、， 太阳辐射频谱强度，,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 太阳辐射能与日照,1353W/m2,1025W/m2,太阳总辐射的20亿分之一,地球：大头针的针头,篮球,太阳常数I0 ： .垂直平面； .大气层外边界； .单位辐射能,进入大气层后被反射和吸收，光谱成分有所改变，辐射强度有所改变。太阳高度角是重要影响因素。,距离：篮球场的长度,到达地面的太阳辐射,大气层外边界,到达地面：,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 太阳辐射能与日照,4.太阳辐射的分布 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
7、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 到达地面的太阳辐射部量=直接辐射+散射辐射,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 太阳辐射能与日照,I0,IN,I1,L=L/sin,L,I0,正午和傍晚地面受照情况图,5、受辐射路径距离的影响1,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 太阳辐射能与日照,不同纬度水平面上太阳辐射,时刻/h,不同纬度受照情况,5、辐射路径距离的影响2,太阳辐射强度/Wm-2,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 太阳辐射能与日照,太阳高度角,即受太阳高度角的影响 进
8、入大气层后被反射和吸收，光谱成分有所改变，辐射强度有所改变，太阳高度角是重要影响因素。,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 太阳辐射能与日照,6、太阳辐射强度与朝向,北纬40的总辐射强度,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 太阳辐射能与日照,太阳高度角冬夏不同,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。,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 太阳辐射能与日照,1、大气对太阳直射辐射的削弱强度
9、的影响因素 在大气中射程的长短 太阳的高度角 海拔的高度 大气透明度,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 大气层对太阳辐射的吸收,在距大气层上边界x处与太阳光线垂直的表面上的太阳直射辐射照度Ix，每经dx距离的衰减梯度与本身直射辐射强度成正比。表示为： dIx/ dx=-kIx 从而：Ix=I0 exp(-kx) k比例常数，m-1； x太阳光线的行程，m； Ix 是离开大气层上部边界x处的法向表面太阳直 射辐射照度，W/ m2.,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 大气层对太阳辐射的吸收,2、 大气透明度P 定义：I1/I0 = P = exp (-kL)，P1 最透明 变化范围
10、：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,东京晴天的大气透明度逐月值,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 大气层对太阳辐射的吸收,我国的大气透明度分区,6,5,4,4,3,3,2,IN = I0 P m m = L/L = 1/sin L在天顶时的路程 L太阳高度角为时 的路程。,为什么太阳高度角接近0和90时垂直面的日射量都小？,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 大气层对太阳辐射的吸收,3、大气质量 m,4、水平面上和垂直面上的直射强度计算 水平面上的直射强度： I s,z=Insin 垂直面上的直射强度: I c,
11、z=Insin cos a a墙太阳方位角。太阳辐射在水平面上的投影响与墙面法线的夹角。,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.3 大气层对太阳辐射的吸收,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 日照过少导致人体产生的褪黑色素增加，引起精神忧郁,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.4 日照的作用,臭氧层及其破坏的主要原因：,未破坏时：臭氧层主要吸收0.32 m紫外线 破坏时：,CFCs、Cl原子等,臭氧浓度,反应消耗O3,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。,紫外线进入地球表面,2.1.3 太阳辐射能与日照,紫外
12、线与红外线的主要作用,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。,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,2、日照保证,日照率：实际日照时数与可照时数与的之比。我国各地全年的日照率大小排序：西北、华北、东北为第一，华南及长江中下游居次，四川盆地、贵州东部和两湖盆地最少。反映什么特性？,日照时间：太阳日出至太阳日落照射到建筑物窗口的时间，一般采用冬至日或大寒日日照时间作为设计条件。 朝向设计,日照面积：与日照时
13、间概念相同，但更接近于室内日照实际情况一般应满足：0.40m2/人。 窗户面积的保证,哪个要求严？为什么？,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.4 日照间距,2、日照保证,日影概念：终日日影、永久日影 遮挡：互遮挡、自遮挡,3、日影、遮挡和日照间距,日照间距：计算日正午时前栋建筑的阴影。,4、日照间距计算,D0:H0：一般1:1.1与纬度及建筑等方位有关,日照时间与日照面积均可通过上式计算。,D0:H0,上海,北京,长春,深圳：23.5,取决于，A,南北相邻间距,垂直面日影计算：,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.5 日照间距,建筑日照设计：,卫生要求,冬季获取日照 夏季避免日照,日射得
14、热,日照,日照时间 日照面积 遮阳计算,建筑间距,室内日照设计,计算方法,日照间距,防火间距 采光间距 交通间距 ,5、日照在建筑设计中的作用,太阳能利用,建筑环境工程设计,2.1 建筑环境中的太阳辐射 2.1.5 日照间距,2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.1 室外气象参数,自然微气候的形成 大气压力 空气温度、有效天空温度 空气湿度 风 降水,城市气候,中国气候分区,1、气温 （1）基本常识,气温： 距1.5m高处的空气温度 垂直递减率：平均为：0.6/100m 逆温现象： t(H2) t(H1), H2 H1,海洋性气候,相对湿度,温度,12 1415,0,日较差,湿球温度,max
15、,(tmax),2.2 建筑外环境中的气候环境 2.2.1 室外气象参数,（1）基本常识,2.2.1 室外气象参数,温度,12 1415,0,任何室外温度变化都可以用多阶谐波的组合表示：,工程简化计算：,夏季空调室外计算温度,夏季室外计算日平均温度,1、气温,年较差与纬度的关系,太阳辐射和气温变化,30N,年较差,2.2.1 室外气象参数,纬度年较差,峰值延迟,（2）日较差、年较差与峰值,ATR: Annual Temperature Range,1、气温,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,1、气温,2.2.1 室外气象参数,（2）日较差、年较差与峰值,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。,1、气温,2.2.1 室外气象参数,（2）日较差、年较差与峰值,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,2.2.1 室外气象参数,（3）外微气温,1、气温,1、气温,2.2.1 室外气象参数,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，相对湿度越高。,（3）外微气温,Td 、Ta
