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1、1,第二章 建筑外环境,2,第三节 室外气候,自然的微气候 大气压力 地层温度 空气温度 有效天空温度 空气湿度 风 降水,3,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,北京,太原,拉萨,昆明,玛多,兰州,格尔木,4,地层温度,表面温度的变化取决于太阳辐射和对天空的长波辐射，可看作是周期性的温度波动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：北京全年最大月平均温差30.8，北京地层表面温度全年的波幅为15.4温度波在向地层深处传递时，有衰减和延迟；1.5
2、m后日变化被滤掉；一定深度后便成为恒温层，温度比全年气温平均温度高12。,5,地层温度,未考虑地热的影响，可以采用付立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 A是地层表面温度的波幅()，Z是波动周期(小时)。,6,地层温度,深度达到某一个部位，最热月时此处的温度反而低于该点的全年平均温度，而在最冷月时，该点的温度要高于全年平均温度。如果考虑地热的影响，深度每增加1米，地层平均温度一般就会增加1/30 左右。但与当地地质条件有关。,未考虑地热影响的,7,空气温度,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
3、形式进行热交换而被加热或冷却。对短波辐射几乎是透明体。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。,8,垂直递减率：平均为：0.6/100m,海洋性气候,相对湿度,温度,12 1415,0,日较差,湿球温度,max,(tmax),DTR:Diurnal temperature range,9,空气温度,年较差与纬度的关系,太阳辐射和气温变化,纬度年较差,10,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,11,空气温度的年变化武汉某
4、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。,12,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,13,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。当空气流入山谷和凹地时，在无风力扰动的情况下，空气就如池水一样积聚在一起。到了夜晚，天空的低温加速了地表的冷却，凹地里的建筑在冬季温度较周围平地面温度低的多。这种温度的局部地区分布倒置现象。,14,霜洞效应,15,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.63-68,1983,16,湿度,来源 水体
5、蒸发 植物蒸发 影响因素 地面性质 水体分布 季节 阴晴,水蒸汽分压力 冬季较低，夏季较高 湿热地区：1520 mbar 寒冷和沙漠地区：2 mbar 日变化较小，季节变化较大 内陆地区夏季：上午910时和晚上910时最高，凌晨和午后最低 沿海地区夏季和各地秋冬季：日变化与气温日变化一致,17,湿度,日变化 相对湿度与气温变化反相,18,湿度,年变化 内陆和沿海地区差别较大,19,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
6、陆吹向海洋，夏季海洋吹向大陆,指由于大气压所引起的大气水平方向的运动。地表增温不同是引起大气压的主要原因，也是风的主要原因。,20,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。,21,大气环流,地球的自转把赤道上空向两极流动的气流变成西风,信风（trade wind）在赤道两边的低层大气中，北半球吹东北风，南半球吹东南风，这种风的方向很少改变，它们年年如此，稳定出现，很讲信用，这是trade wind在中文中被翻译成“信风”的原因。,22,海陆风和山谷风,23,大气边界层：从地球表面到5001000m高度这层空气。其厚
7、度主要取决于地表的粗燥度。边界层内风速沿着垂直方向存在梯度，其形成的原因是下垫面对气流的摩擦作用。到达一定高度后，风速不再增大，称为边界层高度。风速有梯度，地面为 0 m/s，可认为按幂函数规律分布，如：,风的测量,24,25,风的测量,风速和风向是描述风特征的两个要素。通常人们把风吹来的方向确定为风道方向。测量开阔地面 10m 高处的风向和风速作为当地的观测数据,26,风玫瑰图（包括风向频率分布图和风速频率分布图）,某地的风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,27,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,28,蒲福风力等级表,2
8、9,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 气温 地形 大气环流 海陆分布,30,我国降水分布,我国降水量大体由东南向西北递减。因受季风的影响，雨量都集中在夏季，变化率很大，强度可观。年雨量变化也很大。北京最大年雨量近110cm，最小年雨量不足20cm。华南地区季风降水从5月到10月，长江流域6-9月，梅雨是长江流域夏初气候上的一个特殊现象，其特征是雨量缓而范围广，延续时间长，雨期20-25天左右。珠江口和台湾南部7、8月多暴雨，一般出现范围小，持续时间短。,31,长江流域在夏初有“梅雨”降雪集中在北纬3
9、5以北,32,第三节 室外气候,城市气候 小区风场 城市热岛 建筑布局与日照,33,此处易聚集垃圾,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,34,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 m 高处出现 10 m/s 的高风速,35,风场的3-D图：1.5m高处,36,小区风场,改变建筑布局，小区风环境有明显改善,37,小区风场,建筑布局,风场模拟,38,CFD 计算流体力学,计算流体动力学简称就是计算流体力
10、学，英文名字是 Computational Fluid Dynamics 简称CFD。它是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的一门新型的独立学科，通过计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上定量描述流场的数值解，从而达到对物理问题研究的目的。它兼有理论性和实践性的双重特点，建立了许多理论和方法，为现代科学中许多复杂流动和传热问题提供了了有效的计算技术。,39,LES:Micro simulation,40,城市热岛,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）附件远郊的气温的差值。单位：,41,城市热岛的成因,自然条件 市内风速、对天空长波辐射：建筑布局影响对天空
11、角系数和风场 云量：市区内云量大于郊区 太阳辐射：市内大气透明度低 下垫面的吸收和反射特性、蓄热特性：地面材料、植被、水体的设置 人为影响：“人为热”交通、家用电器、炊事产热 空调采暖产热,城市下垫面粗糙，热容量和蓄热能力比郊区大，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。,42,城市热岛的成因,43,城市热岛的成因：下垫面的影响,不同下垫面的反射和吸收比,不同下垫面的地表面温度,下垫面对气温的影响,砖石地面,草地,裸露的土地,蒸发,漫反射,反射,反射,漫反射,蒸发,漫反射,反射,44,城市热岛与逆温层,由于自然对流的作用，在地面以上一定高度内形成了一个温度随高度上升的稳
12、定的“逆温层”，使污染物处于低温区域，妨碍了污染物向上部的扩散，加剧了城市的污染程度。“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。,热岛现象,罩盖作用,污染,逆温现象,气温,大气透明度,雾多,蒸发,风速减小,风玫瑰图只能参照,雨水,相对湿度,地面干燥,阴雨气候,汽车尾气等（NOX+CHX）,刺激作用眼睛红肿喉咙疼痛,浅蓝色烟雾“光化学污染”,NOX+CHX+O2+O3,紫外线到达地面,NOX+H2O+O3+CFC+O2、O3,皮癌患者,制冷剂CFCs、HCFCs,臭氧层破坏,50500m,向大气,城市热岛的形成,热岛强度事例,47,伦敦的城市热岛,伦敦地区冬季
13、月均热岛强度达到6.7（12 F）,48,北京的城市热岛,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。,49,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,50,北京某新建小区的热岛模拟,51,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 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 目标 冬天尽量多：但太阳高度角低易被遮挡 夏天尽量少：但太阳高度角高不易被遮挡,52,建筑布局与日照,我国民用住宅设计规范要
14、求每户至少有一间房间冬至日满窗日照时间不低于1小时。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,53,建筑的互遮挡情况,54,永久日影红线区内为永久日影区,55,南北纬度跨度大：1853/35（含海洋40）西沙16，黑龙江爱辉50；经度：佳木斯130，喀什76，气候各异。海陆差别大：东临太平洋/海洋性气候，西北大陆/干造性大陆气候高度差距大：西高东低 第1阶梯：西部：4000m 第2阶梯：中部：1000m 第3阶梯：平原、丘陵：500m地形复杂,第四节 我国气候分区特点,56,季风气候：,
15、我国和地球同纬度地区平均气温比较表（单位：）,季节交替鲜明、雨季鲜明、年较差大,南北温差大：,北方冬长且寒、南方夏长且热,表2-18：年均温：漠河/-4；全年最高：广州/21.7,年较差：最小：12.1、最大：49.1,57,第四节 我国气候分区特点,两个分区标准“民用建筑设计规范”（GB5017693）的五个建筑热工设计分区，主要用于建筑热工设计。建筑热工区划标准（GB5017693）的七个建筑气候区划分区，主要用于建筑及规划设计。,我国纬度、海陆、高差、地形等相差大不同气候条件，房屋建筑要求也不相同。,我国气候分区两个分区划分区别,5个建筑热工设计分区,7个建筑气候区划分区,（GB5017
16、693）,（GB5017893）,主要指标,累年最冷月(1月)最热月(7月)平均温度,累年最冷月(1月)最热月(7月)平均温度、7月平均相对湿度,辅助指标,累年日平均温度5和25的天数,年降水量、累年日平均温度5和25的天数、,59,建筑热工设计分区,严寒地区,寒冷地区,夏热冬冷区,夏热冬暖区,温和地区,寒冷地区,严寒地区,寒冷地区,严寒地区,60,建筑气候区划标准的分区法,I区,II区,III区,IV区,V区,VII区,VI区,61,全国建筑热工设计分区图,区区区区区,上海,北京,张家口,西宁,乌鲁木齐,广州,海口,成都,沈阳,大连,兰州,南宁,福州,昆明,贵阳,62,柯本(W.P.Kopp
17、en)的全球气候分区,湿热,寒冷高原,干冷,半干冷,寒冷,寒冷,冬冷夏热,冬干夏湿热,63,亚热带,高原气候区,暖温带,暖温带,中温带,中温带,寒温带,热带,64,习题,为什么我国北方住宅严格遵守座北朝南的原则，而南方（尤其是华南地区）住宅并不严格遵守此原则？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？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？,65,习题,为什么晴朗天气的凌晨树叶表面容易结露或结霜？为保证日照时间满足规范要求，南方地区和北方地区要求的最小住宅楼间距是否相同？为什么？采用高反射率的地面对住区微气候是改善了还是恶化了？为什么？水体和植被对热岛现象起什么作用？机理是什么？,
