清华大学建筑环境学第2章建筑外环境
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。
建筑环境学第2章建筑外环境
射
的
波
谱
紫外线 可见光
近红外线
长波 红外线
0.1μm的X射线～100 m的无线电（γ、X、紫外、可见、红外、微波、短波、中波、长波）22
2.2.1 太阳辐射电磁波
3. 太阳辐射能量比例
进入大气层后，因大气对不同波长的射线具有选择性
的反射和吸收作用，到达地球表面的光谱成分有所改
变，辐射强度也有所改变。太阳高度角??是重要影响
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
38
2.3.2 风与大气边界层
2. 大气环流
赤道得到太阳辐射大于地表的长波辐射散热， 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
盈余区域 短缺区域
辐射增益区
随纬度基本 不变
关 间。如世界时间（本初子午线/格林威治天文台），北京 时间（东经120º/东8时区）
于 ➢ 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。
时 ➢ 中国的“标准时”：北京时间=世界时+8小时.全世界共 间 有24个时区，每个时区都按其中央子午线的真太阳时为
该时区的标准时（钟表时间）。相邻时区差为1小时。
反射、散射和吸收的共同影 响，使到达地球表面的太阳 辐射照度大大削弱，辐射光 谱也因此发生了变化
太阳辐射能的去向
2.2.2 大气层对太阳辐射的吸收 到达地面的太阳辐射能量
到达地面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(0.32~2.5μm) 散射辐射：被大气中的水蒸汽和云层散射，为可见光
建筑物垂直面上 的直射辐射强度
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。
建筑环境学复习提纲-第二章
第二章 建筑外环境1. 地球绕日运动✧ 太阳的运动轨迹地轴与黄道平面的交角为23.5。
太阳的运动轨迹，北纬23.5。
至南纬23.5。
之间。
✧ 赤纬角)365284360sin(45.23n+⨯=δ，n 是计算日在一年之中的位置。
✧ 真太阳时6015eL L T T m m +-±=式中 T当地的真太阳时，h ；Tm 该时区的平均太阳时（该时区的标准时），h ； L当地子午线的经度，deg ；Lm 该时区中央子午线的经度，deg ； e时差，min ；对于东半球取正值，对于西半球取负值。
2. 太阳辐射✧ 辐射照度用于表示太阳辐射能量大小的量，指1m2黑体表面在太阳辐射下所获得的辐射能通量，单位W/m2。
地球大气层外与太阳光线垂直表面上的太阳辐射照度几乎全年不变。
在太阳与地球的年平均距离处，与太阳光线垂直的表面上，太阳辐射照度I0＝1353W/m2。
✧未通过大气层太阳辐射分布辐射波谱见书。
✧大气层对太阳辐射的吸收到底地面的太阳辐射能＝直射（直接照到地面）＋散射（经大气散射）+大气长波辐射（温室气体吸收长波辐射升温后再向地面辐射，是极为微小的一部分，可忽略）水平面上太阳直接辐射照度正比于太阳高度角与大气透明度。
大气消光系数与大气透明度大气层对辐射的衰减效应x xkI dx dI -= 式中I x ——距大气层上边界x 处的法向表面太阳直射辐射照度，W/m2k ——比例常数，m-1x ——太阳光线的行进路程，m0exp()X I I kx =-消光系数a kL = I 0——太阳常数L ——日射垂直于地面时太阳的辐射行程 k ——单位厚度消光系数 太阳位于天顶时，0exp()L I I a =-大气透明度0/exp()L P I I a ==-3. 室外气候✧ 大气压力大气压力可以看作是无数空气分子长时间持续的撞击物体所致。
将空气看做混合理想气体，压强p 公式：23i p n w -=⋅∑i n ——气体分子数密度，单位体积内的分子数，个/m 3；w -——分子平均动能，32w KT -=,231.380610/K J K -=⨯； T ——热力学温度。
《建筑环境学》习题部分参考答案
《建筑环境学》习题部分参考解答第二章 建筑外环境1、 为什么我国北方住宅严格遵守坐北朝南的原则,而南方并不严格遵守？答:太阳光在垂直面上的直射强度为θβcos cos ,⋅⋅=N z c I I ,对于地理位置的地区βcos ⋅N I 就是不能人为改变的。
所以要使I c,z 取最佳值,只有使θ尽可能小。
在冬季,太阳就是从东南方向升起,从西南方向落下,而坐北朝南的布局就保证了在冬季能最大限度的接收太阳辐射。
北方气候寒冷、冬夏太阳高度角差别大,坐北朝南的布局可以使建筑物冬季获得尽可能多的太阳辐射,夏季获得的太阳辐射较小。
但在南方尤其就是北回归线以南,冬夏太阳高度角差不多,所以建筑物就是否坐北朝南影响不太大。
2、 就是空气温度改变导致地面温度改变,还就是地面温度改变导致空气温度改变？答:大气中的气体分子在吸收与放射辐射能时具有选择性,它对太阳辐射几乎就是透明体,直接接受太阳辐射的增温就是非常微弱。
主要靠吸收地面的长波辐射而升温。
而地面温度的变化取决于太阳辐射与对大气的长波辐射。
因此,地面与空气的热量交换就是气温升降的直接原因,地面温度决定了空气温度。
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,有效天空温度应该就是多少？答:有效天空温度的计算公式为:4144])70.030.0)(026.032.0(9.0[o d d sky T S e T T +--=查空气水蒸气表,可知:t =25℃时,e d =31、67mbar查表2-2,T d =32、2+273、15=305、35 K,另外,T 0=25+273、15=298、15 K∴ 计算得:T sky ＝100×(74、2－9、4S)1/4如果没有大气层,可以认为S ＝1,则计算求得:T sky ＝283、7 K4、 为什么晴朗天气的凌晨树叶表面容易结露或结霜？答:由于晴朗夜空的天空有效温度低,树叶表面与天空进行长波辐射,使得叶片表面温度低于空气的露点温度,所以出现结露或结霜现象。
第二章建筑外环境(建筑环境学清华大学)
逆温层
空气温度的局部效应
霜洞效应
有效天空温度
有效天空温度的计算
地层温度
地层温度与空气温度
地层温度的推导
地层温度的变化
湿度
湿度的日变化
湿度的年变化
降水
第四节 城市气候
小区风场
小区 风场 模拟
风场3图：1.5m高处
合理建筑布局对小区 风场的改善
合理的小区风场
城市热岛
大气层质量 m
太阳日总辐射照度与朝向
关于太阳高度角
太 阳 高 度 角 冬 夏 不 同
大气透明度
我国的大气透明度分区
第三节 室外气候
大气压力
大气压力变化
风
大气环流
风的测量
蒲福风力等级表
风玫瑰图
北京地区的风玫瑰图
海陆风和山谷风
空气温度
空气温度
空气温度的日变化
空气温度的年变化
伦敦的城市热岛
北京的城市热岛
城市热岛的成因
城市热岛形成的原理
城市热岛：下垫面的影响
局部热岛效应
城市热岛与逆温层
城市热岛与模型
北京某小区的热岛模拟
该小区各局部热岛强度
设置水景对热岛强度的影响
建筑布局与日照
日照的作用
建筑布局与日照
终日日影区
永久日影
红线区域内为永久日 影区，终年没有日照
第二章 建筑外环境
为什么要考虑建筑外环境
本章内容要点
第一节 地球绕日运动的规律
地球绕日运行与日照
南北回归线
赤纬和太阳高度角的区别？ 时角和太阳方位角的区别？
第二节 太阳辐射
太阳总辐射能量比例
大气层对太阳的去向
太阳辐射能与太阳高度角
建筑环境学课后习题答案
如果一个空调房间，只有一面外墙， 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， 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？ 上对房间的冷负荷有何影响？
室内其他内表面温度如何影响板壁的传 热？
如果室内辐射特别强烈…… 如果室内辐射特别强烈……
综合
• 如果有两套户型设计一模一样的公寓，但一个主 如果有两套户型设计一模一样的公寓， 要窗户朝东，另一个朝西。 要窗户朝东，另一个朝西。两套公寓夏季的热环 境条件有何区别？ 境条件有何区别？
–朝东公寓，传热的峰值在下午，太阳辐射得热的峰值 朝东公寓，传热的峰值在下午， 朝东公寓 在上午， 在上午，峰值错开使得负荷峰值较小 –朝西公寓，传热和太阳辐射的峰值均在下午，峰值叠 朝西公寓， 朝西公寓 传热和太阳辐射的峰值均在下午， 加后使得总负荷偏大 ，不空调的话房间温度会特别高
• 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 植物表面温度不高，长波辐射量不大， 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， 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。 使用植被可以改善附近的微气候环境。
• •
1. 分析为什么冬季往往可以采用稳态算法计算采暖负 而夏天却一定要采用动态算法计算空调负荷？ 荷，而夏天却一定要采用动态算法计算空调负荷？ 因为冬季室内外温差的平均值远远大于室内外温差的 因为冬季室内外温差的平均值远远大于室内外温差的 波动值， 波动值，从用平均温差的稳态计算方法带来的误差比 较小，这在工程设计中是可以接受的。而在夏季， 较小，这在工程设计中是可以接受的。而在夏季，尽 管夏季日间瞬时室外温度可能要比室内温度高很多， 管夏季日间瞬时室外温度可能要比室内温度高很多， 但夜间却有可能低于室内温度，因此与冬季相比， 但夜间却有可能低于室内温度，因此与冬季相比，室 内外平均温差并不大，但波动的幅度却相对比较大。 内外平均温差并不大，但波动的幅度却相对比较大。 如果采用日平均温差稳态算法， 如果采用日平均温差稳态算法，则导致冷负荷计算结 果偏小。另一方面，如果采用逐时室内外温差， 果偏小。另一方面，如果采用逐时室内外温差，忽略 围护结构的衰减延迟作用， 围护结构的衰减延迟作用，则会导致冷负荷计算结果 偏大。因此要采用动态负荷计算法。 偏大。因此要采用动态负荷计算法。
建筑环境学(清华)课件_2.建筑外环境
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。
第一节地球绕日运动的规律经度和纬度第一节地球绕日运动的规律时间地球每转1°需要4分钟标准时T0 和地方平均太阳时Tm T0=Tm +4(L0 - Lm) 问题：西安的地方平均太阳时和北京时间差多少? 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南北回归线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？第二节太阳辐射太阳辐射能量比例太阳常数1353W/m2 ：大气层外的辐射照度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。
太阳辐射能与太阳高度角大气质量m 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级最透明我国的大气透明度分区太阳辐射能的去向日照的作用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 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；1.5m 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1～2℃。
建筑环境学-第2章外环境
建筑外环境
1
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。
met
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风玫瑰图
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
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北京地区的风玫瑰图
粗线：全年 细实线：冬季， 12~2月份 虚线：夏季， 6~8月份
31
蒲福风力等级表
¬Ð · À ¬¼ Ñ Æ £ æ ² ö ç « ¾ ¥ ½ µ È ß ³ Å ¹ Ï ©(m) é µ (m) ´ ¸ ã ¬ß 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 £ º Ô Ô æ ðï ¿ ³ ³ À Ò Ì » ³ 10 À Ô ¬ ß ¥ Á µ ² ³ Ì ª«Õ ³ ç È À /À ¬è ° ¬ É ªÌ » £ Î Ó Æ É Ø í » «î ¬ « º î ê ¸ Ø ª ¯ Î Á ªÇ º Ì £ ³ «Ì ª° Á ¬´ È æ Í õ Í ç ¬ ðÏ ¢ ì ¬ «î ê Ø ª ¯ Å À µ » Ð «£ Ç ´ Ë Ì £ º Ì ªÁ ¬´ ðÏ ©Ë ¥ ¡ ¯ ¸ ¢ ¬ · ì ¶ ª Ç ´ ¹ ¢ Ó Ï ´ ° Ì £ ì Ã Ò ¼ Ø ³ ë Ô æ Ï » Ê º  ¬ ð³ ¡ ¥ ¡ ¯ Á ² à ³ À ¸ ± · Ó Ò £ Ç Á Í Ó Ï ´ Í ´ Á ¡ ðÏ Ö ¬ Ö º Á ® æ Í ¡ ¨ Ð Ï ³ Í Ç ¡ ©£ Á ¿ ³ È À Ð Í ° ï ðÓ ¡ ¯ ¬ Õ ¡ §Î ² Ç ¥ Ï ´ £ » Æ ½ Á « ðÏ ¯ ¬ ç º Í » ¸ ã Å Ç ¡ ´ £ Ð «° Í µ õ ° ª ðÓ × Õ ¬ È î © ¬ Í õ è ¥ õ ï Ç ¥ Ò ¸ £ Å Ì Ä Í £ µ » ¬¾ Æ ² ¨Ó ê Í ¡ ë ¬ É Î ¤ ¼ ©Ã Ù ¡ ¯ º þ Ë Ð Í È £ Î ² ´ ° ¹ º Ë Ï ´ Æ ¶ ð» Ë ë î ¶ ¨þ ê ë ³ Ì Ô £ º Ì Õ ø £ ¼ Ç Ç Á ©Ã ¸ Ç º Ó Ë È ¸ º Ó ¡ ¿ Æ Æ ¹ ¡ º Ì Ø Õ ø ¬ Í î Ô Í ã · ³ ¿ Æ · Æ ¹ £ Ð Ñ ªÐ ¶ «Ã ¸ º Ì ÷ Õ ø ¬ Ù Õ ¥ ¹ ï ¿ Æ » Æ ¹ £ ² ¸ ¾ « ² 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
2第二章建筑外环境
地球中心和太阳中心的连线与地球赤道平面的夹角称为赤纬（或赤纬角），由于地轴的倾斜角永远保持不变，致使赤纬随地球在公转轨道上的位置、即日期的不同而变化，全年赤纬在23.5~23.5之间变化。从而形成了一年中春、夏、秋、冬四季的更替。赤纬随时都在变化。赤纬可用以下简化公式计算：
(2-1)
太阳是一个直径相当于地球110倍的高温气团，其表面温度约为6000K左右，内部温度则高达2×107K。太阳表面不断以电磁辐射形式向宇宙空间发射出巨大的能量，其辐射波长范围为从波长为0.1m的X射线到波长达100m的无线电波。地球接受的太阳辐射能约为1.7×1014kW，仅占其辐射总能量的二十亿分之一左右。
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3.5，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。
2.1.1.2关于昼夜
昼夜是因地球自转而形成的。一天时间的测定，是以地球自转为依据的，昼夜循环的现象给了我们以测量时间的一种尺度。钟表指示的时间是均匀的，均以地方平均太阳时为准。
清华大学建筑环境学第2章 建筑外环境2
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
19
建筑布局与日照
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
20
8:00
8:00
9:00
25
城市居住区规划设计规范规定
主要城市不同日照标准的间距系数
纬度 城市名称 (北纬) 冬 至 日 大 寒 日 正午 日照 正午 日照 日照 日照 现行采用标准 影长率 1h 影长率 1h 2h 3h 1.5～1.8 1.6～1.7 0.9～1.1 0.5～0.7
哈尔滨 45°45ˊ 2.63 2.46 2.25 2.10 2.15 2.24 北 京 上 海 广 州 39°57ˊ 1.99 1.86 1.75 1.63 1.67 1.74 31°12ˊ 1.41 1.32 1.26 1.17 1.21 1.26 23°08ˊ 1.06 0.99 0.95 0.89 0.92 0.97
5
城市热岛强度△T的特征：
城市规模越大，人口越多，热岛现象越强； 因地理纬度不同热岛强度有所不同
高、中纬度区：冬强、夏弱。 北京：71年1月 △T=1.8℃；7月△T = 0.8℃ 上海：55年11月△T=2.4℃；5月△T = 0.1℃
白天弱，夜间强；晴天无风△T强，阴天风大△T弱 风速大，△T 弱；风速小，△T 强
26
第五节 我国气候分区特点
两个分区标准
“民用建筑设计规范”（GB50176－93） 的五个建筑热工设计分区 建筑热工区划标准（GB50176－93）的七 个建筑气候区划分区
建筑环境学笔记02
建筑环境学——李念平主编、化学工业出版社出版 第一部分 知识点总结第二章 建筑外环境2.1太阳与地球运动建筑内环境包括：空间内空气的热湿环境、空气品质、气流环境、声环境和光环境。
建筑外环境包括：建筑外围护结构以外的一切自然环境和人工环境。
建筑外环境与建筑内环境和建筑节能密切相关的环境要素有：太阳辐射、气温、湿度、风、降水、天空的辐射、土壤的温度。
1884年经国际会议规定，以英国伦敦的格林威治天文台所在的子午线为全世界通用的本初子午线。
北京市位于北纬39°56′，东经116°19′。
自转自西向东平均角速度15°/h公转围绕太阳逆时针旋转偏心率0.016黄赤交角23°27′近似为23.5°地球自转的地理意义产生了昼夜交替钟表时间均以地方平均太阳时为准T m 。
（真太阳时为T ）平均太阳时是以太阳通过当地的子午线时为正午12点来计算一天的时间。
经度每隔一度地方时相差4min真太阳时与地方平均太阳时的换算6015e L L T T m m +-+=【10页】地球公转的地理意义：地球公转和黄赤交角的存在造成了四季的交替赤纬从赤道平面算起，向北为正向南为负地球上某一点所看到的太阳的方向称为太阳位置。
太阳高度角是地球表面上某点和太阳的连线与地平面之间的夹角。
太阳方位角是太阳至地面上某给定点连线在地球上的投影与南向夹角。
以南点为0°向西为正向东为负。
影响太阳高度角和方位角的因素：地理纬度ϕ、赤纬δ、时角h太阳高度角ϕδδϕβsin sin cosh cos cos sin += 太阳方位角βδcos sinh cos sin =A 【13页】 2.2太阳辐射与日照太阳常数是进入地球大气的太阳辐射在单位面积上的总能量值为1353W/m2测量要在大气外垂直入射光面积上。
太阳常数不是固定不变的。
太阳直径为地球的110倍，温度为6000k,内部为710*2k 地球接受太阳能量1.72×1014kw,为辐射能二十亿分之一。
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大气压力
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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
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
大气压力变化
•平均气压随纬度分布
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• 气压日变化（2‰）
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
第一节 地球绕日运动的规律
B 某地的真太阳时T
•经度
•太阳与地球距离 变化造成的偏差
•90W
•北京时间
•90 E
•时区当地 标准时
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B 当地的钟表时间T0就是
•伦敦时间
忽略了时差e 的当地平均太阳时。
问题：西安的真太阳时和北京时间差多少?
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
B 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，温度比全年气温 平均温度高1～2℃。
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
地层温度
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•恒温层温度
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地层温度
B 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：
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
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清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
•大•气大层质量＝1
••大大气层质量＝2
•＝30
•地球表面处法向太阳 直射辐射照度：
•IN = I0P m
•m = L’/L = 1/sin
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清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
太阳日总辐射照度与朝向
B 地点：北纬40°
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清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
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晚上9~10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
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清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
湿度
B 日变化 J 绝对湿度一日中相对稳定 J 相对湿度与气温变化反相
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湿度 B 年变化 J 内陆和沿海地区差别较大
蒲福风力等级表
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风玫瑰图
•某地的风向频率分布
•实线为全年，虚线为7月份
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•某地一年的风速频率分布
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
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北 京 地 区 的 风 玫 瑰 图
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
海陆风和山谷风
清华大学建筑环境学第2 章建筑外环境
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2020/11/7
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
为什么要考虑建筑外环境?
B 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。
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？
•sin = cos cos h cos + sin sin •sin A = cos sin h /cos
•
•
•太阳高度角
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•太阳方位角
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
第 二 节
太 阳 辐 射
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•紫外线 •可见光
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清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
空气温度
B 日较差：一日内气温的最高值 和最低值之差。
B 年较差：一年内最冷月和最热 月的月平均气温差。
B 年平均温度：向高纬度地区每 移动 200~300 km 降低1℃。
•年较差与纬度的关系
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清华大•太学建阳筑环辐境射学第和2章日建筑气外温环 变化
第一节 地球绕日运动的规律
B 太阳的位置与日 照的关系
•北回归线
J 赤纬 ：太阳光线 与地球赤道平面
•南回归线
之间的夹角
•0
•赤纬d
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•+2327
•-2327
•0
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南北回归线
•圈北极 •6633
•北回归线 •2327
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清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
B QR＝Qg－Qsky ＝σ ( Tg4 －Tsky4 )
•波尔兹曼常数
•地表温度
•有效天空温度
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有效天空温度
•日照百分率
•地表温度
•水蒸汽分压力
•空气温度
B 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
J X射线和其它一些超短波射线在通过电离层时，被O2、 N2 及其它大气成分强烈吸收
B 短波
J 受到天空中的各种气体分子、尘埃、微小水珠等质点的散射， 使得天空呈现蓝色
J 紫外线被大气中的臭氧所吸收
B 长波
J 被CO2和水蒸气等温室气体所吸收
B 剩下的
J 可见光＋近红外线
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境
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
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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。
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逆温层
•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
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•正常的温度梯度：地表热，高空冷
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空气温度的局部效应
B 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
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•未考虑地热影响的
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湿度
B 来源
J 水体蒸发
J 植物蒸发
B 影响因素
J 地面性质
J 水体分布 J 季节 J 阴晴
水蒸汽分压力
冬季较低，夏季较高 湿热地区：15~20 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9~10时和
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大气环流
B 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
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•净增 益
•辐射增益区 • 随纬度基本
不变 •占地面积40
％
•过渡 区
•占地 面积36
关于太阳高度角
B 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
B 冬季太阳高度角低，夏季太阳高度角高 B 清晨和傍晚太阳高度角低，中午太阳高度
角高 B 高纬度地区太阳高度角低，低纬度地区太
阳高度角高
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太阳高 度角冬 夏不同
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清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
降水
B 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
B 降水强度：24小时的降水总量，单位 mm (或cm)
B 影响因素
J 气温 J 地形 J 大气环流 J 海陆分布
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清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
我国降水分布
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空气温度
B 主要指距地面1.5m高，背阴处的空气温度。 B 空气与地表面以导热、对流和长波辐射形式
进行热交换而被加热或冷却以对流为主。 对短波辐射几乎是透明体。 B 空气温度是如何产生变化的？
J 白天地表温度升高与空气温度升高，谁是诱因？ J 夜间地表温度降低与空气温度降低，谁是诱因？ J 白天和夜间的空气垂直分布应该是怎么样的？
•近红外线
•长波 •红外线
清华大学建筑环境学第2章建筑外环
境
太阳总辐射能量比例
B 太阳常数1353W/m2：大气层外的辐射强度 B 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。
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清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
大气层对太阳辐射的吸收
B 超短波
空气温度的局部效应
B 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
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有效天空温度
B 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（5～ 8m及13m以上）
B 地表有效辐射：地面与大气层之间的辐射换
热QR
•地表的黑度
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清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
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地层温度
B 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