第二章 建筑外环境2

——蒲福风力等级表
º ³ ¿ Ô ³ Ô À æ Ò ðÌ ï » ³ ­ Ô 10 À ¬ ß ² µ ¥ ³ Á Ì ­ ªç ³ «È Õ À ¬/À è 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
IN = I0 exp(-kL/sinβ)= I0 exp(am)
I0 IN I1 β
I0
L
L’=L/sinβ
2.2 太阳辐射
大气层质量＝ 1 大 大气层质量＝ 2 大
＝30
2.2 太阳辐射
太阳日总辐射照度与朝向 地点：北纬40©
2.2 太阳辐射
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
Chapter 2 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 。

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
2.3.2 风
1）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
2.3.2 风
（4）风速分级表
¬Ð Ñ Æ £ · À æ ¬ ² ¼ ö ç « ¾ ¥ È ½ µ ß ³ Å ¹ ´ Ï ¸ © ã (m) é ¬µ ß (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 £ ­
太 阳 辐 射 能 的 去 向
太阳辐射能与太阳高度角
问题：为什 么太阳高度 角接近0º和 90º时垂直 面的日射量 都小？
2.2 太阳辐射
大气对太阳辐射的削弱程度的影响因素 1）大气透明度P 2）大气层质量m
Ix = I0 exp(-kx)
• 大气层消光系数a=kL
• 当太阳位于天顶时，到达地面的 太阳辐射行程为L，即
7 6 5
玛多 拉萨 格尔木

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。
´ (km) ß Å ©µ £ Ë ·
4 3 2 1 0 -1 40 50 60
昆明 兰州

太原
本章内容要点
宏观气候太阳辐射作用与地球气候特点
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
2.1 地球绕日运动的规律
经度和纬度
180©

西 经
2.3.3 室外气温
（2）日（年）较差
1）日较差：一日内气温的最高值和 最低值之差。 2）年较差：一年内最冷月和最热月 的月平均气温差。 3）年平均温度：向高纬度地区每移 动 200~300 km 降低1℃。
峰值延迟
年较差与纬度的关系
太阳辐射和日气温变化
2.3.3 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。
I0
IL = I0 exp(-a)
大气透明度定义： P=IL / I0= exp(-a) IN
• 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。
L I1
2.2 太阳辐射
东京晴天的大气透明度逐月值
我国的大气透明度分区
高纬度地区太阳高度角低，低纬度地区太阳高度角高
2.2 太阳辐射
太 阳 辐 射 强 度
/Wm2
不同纬度受照情况
时刻/h
不同纬度水平面上太阳辐射
太阳高度角 冬夏不同
2.3 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
2.3.1 大气压力
北京
70
80
90
100 110
ï Ã ² ÷ Î ¶ ¾ ¥ (kPa)
2.3.1 大气压力
大气压力变化
平均气压随纬度分布
气压日变化（2‰）
2.3.2 风
（1） 风的成因
– 大气环流：造成全球各地差异

大气 压差
赤道和两极温差造成 地方性地貌条件不同造成，如海陆风、山谷风、庭院风、巷
– 地方风：造成局部差异，以一昼夜为周期
★
T Tm
L Lm
15

e
60
伦敦格林威治天 文台
时差e：真太阳与当地平均太阳时之间的差值 当地的钟表时间T0就是忽略了时差e 的当地平 均太阳时。
问题：广州（113º19’）的真太阳时和上海（121º26’ ）时间差多少?
2.1 地球绕日运动的规律
• 太阳时角h，简称时角：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，日、地中心连一在赤道平面上 的投影之间的夹角。
met
气象站0.14
边界层厚度

市中心0.33
• 边界层厚度主要取
决于地表粗糙度
2.பைடு நூலகம்.2 风
（3）风玫瑰图—风向频率、风速频率
• 风特性的两个要素：风向、风速
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
2.3.2 风
北京
风向频率分布： 实线为全年， 虚线为7月份
粗线： 全年 细实线： 冬季，12~2月份 虚线： 夏季，6~8月份
» £ ° ¬ Î É Ó ªÆ Ì É Á Î Ø ª í Ç » « º Ì î £ ¬ ³ « « º Ì î ª ê ° ¸ Á Ø ¬ ª ´ ¯ È À Å æ µ Í » õ Ð Í « ç £ ¬ Ç ð´ Ï Ë ¢ Ì ì £ ¬ º «Ì î ª ê Á Ø ¬ ª ´ ¯ ð´ Ç Ï ¹ ©¢ Ë Ó ¥ Ï ¡ ´ ¯ ° ¸ Ì ¢ £ ¬ ì · à ì Ò ¶ ¼ ª Ø ² Á ³ Ã ë ³ Ô À æ ¸ Ï ± » · Ê Ó º Ò Â £ ¬ Ç ðÁ ³ Í ¡ Ó ¥ Ï ¡ ´ ¯ Í Ï Ð ´ ³ Á Í ¡ Ç ð¡ Ï © Ö £ ¬ Á Ö ¿ º ³ Á È ® À æ Ð Í Í ¡ ° ¨ ï Ç ² ð¥ Ó Ï ¡ ´ ¯ £ ¬ » Õ Æ ¡ ½ §Á Î « Ç Å ð¡ Ï ´ ¯ £ ¬ Ð ­ « ç ° º Í µ Í õ » ° ¸ ª ã ð¥ Ç Ó Ò × ¸ Õ £ ¬ Å È Ì î Ä ©Í £ ¬ µ Í » õ ¬ è ¾ ¥ Æ õ ² ï ¨þ º Ó Ë ê Ð Í Í ¡ È ë £ ¬ Î É ² Î ´ ¤ ° ¼ ¹ ©º Ã Ë Ù Ï ¡ ´ ¯ ¼ Ç Æ ¶ Ç ðÁ » © Ë Ã ë ¸ î Ç ¶ º ¨Ó þ Ë ê È ë ¸ ³ º Ì Ó Ô ¡ £ ¿ º Æ Ì Æ Õ ¹ ø £ ¡ º Æ ¿ Ì · Ø Æ Õ ¹ ø £ ¬ Ð Í Ñ î ª Ô Ð Í ¶ ã « · à ¸ ³ º Æ ¿ Ì » ÷ Æ Õ ¹ ø £ ¬ ² Ù ¸ Õ ¾ ¥ « ¹ ² ï
光线垂直表面上的太阳辐射照度，为1353W/m2。
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。
2.2 太阳辐射
二、大气层对太阳辐射的吸收
超短波 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 短波 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 紫外线被大气中的臭氧所吸收 长波 被CO2和水蒸气等温室气体所吸收 剩下的 可见光＋近红外线
0 ©
东 经
经 度 纬 度 伦敦格林威 治天文台
90©
经 线
北纬 0 © 南纬 纬 线
北回归线
2.1 地球绕日运动的规律
赤纬d
太阳的位置与日照的关系（四季）
夏至：6月21日 N
黄道面
南回归线
N
春分：3月21日 冬至：12月22日 N
N
d =＋23º 27’ S d =－23º 27’
• 赤纬δ在一 年中的变化 范围？ 可根 据一年中的 日期序号计 算
S
秋分：9月22日 S
S 自转轴（日/转）
公转轴（年/转） 赤纬δ ：地球中心和太阳中心的连线与地球赤道平面之间的夹角
2.1 地球绕日运动的规律
世界时
地方平均太阳时：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。
北京时间
某地的真太阳时T：当地太阳位于正南向的
瞬时为正午12点。
经度 时区当地标准时 时差：太阳与地球距 离变化造成的偏差

2.1 地球绕日运动的规律
太阳在空间的位置
地球上某一点所看到的太阳
方向，称为太阳位置。
太阳高度角β：太阳光线与水平面间的夹角； 太阳方位角A：太阳至地面上某给定连线在地面上的投影与当地
子午线的夹角。
太阳高度角
太阳方位角
2.1 地球绕日运动的规律
太阳高度角β的影响因素：

赤纬δ：表明季节（日期）的变化；
2.3.3 室外气温
（1）基本概念
1）室外气温：主要指距地面1.5m高，背阴处的空气温度； 2 ）空气与地表面的换热方式：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； 3）空气温度是如何产生变化的？
• 白天地表温度升高与空气温度升高，谁是诱因？
• 夜间地表温度降低与空气温度降低，谁是诱因？ • 白天和夜间的空气垂直分布应该是怎么样的？


时角h：表明时间的变化；
地理纬度φ：表明观察点所在的位置

太阳高度角β ： 太阳方位角A
sin = cos cos h cos + sin sin
： sin A = cos sin h /cos
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？
2.2 太阳辐射
一、太阳常数与太阳辐射的电磁波
长波红外线 2.2% 可见光 45.6% 近红外线 45.2% 紫外线 7.0%
紫外线
可见光
近红外线
长波 红外线
太阳总辐射能量比例
2.2 太阳辐射
一、太阳常数与太阳辐射的电磁波 （1）太阳辐射照度：1m2黑体表面在太阳辐射上所获得的辐射能
通量，W/m2。
（2）太阳常数：大气层外，太阳与地球的年平均距离处，与太阳
随纬度基本 不变 占地面积40％ 占地面 积36％
2）海陆风和山谷风
2.3.2 风
蓄热
放热
低谷
低谷
2.3.2 风
（2）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 h处： met amet h a Vh V0 ( ) n V V ( ) ( ) h met h0 h
2 4 3
3 5 6 4
19
2.2 太阳辐射
1）大气透明度P 2）大气层质量m
• 当太阳不位于天顶时，太阳高度角为β，太阳光线到达地面的路 程长度为L’，且 ： L’=L/sinβ • 则地球表面处的法向太阳直射辐射照度为：
令：m = L’/L = 1/sin
大气层质量m：反映 了太阳光在大气层 中通过距离的长短 ，取决于太阳高度 角的大小。
2.2 太阳辐射
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