清华大学建筑环境学第2章建筑外环境2
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。
清华大学建筑环境学第2章建筑外环境
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
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境
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
《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 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。
但在南方尤其是北回归线以南，冬夏太阳高度角差不多，所以建筑物是否坐北朝南影响不太大。
2. 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？答：大气中的气体分子在吸收和放射辐射能时具有选择性，它对太阳辐射几乎是透明体，直接接受太阳辐射的增温是非常微弱。
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和对大气的长波辐射。
因此，地面与空气的热量交换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。
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。
111531_建筑环境学(第二版)课后习题解答ppt版解析
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？
玻璃系列
• 透过玻璃窗的太阳辐射中是否只有可见光，没有 红外线和紫外线？
可见光
近红外 线
长波红外线
0. 8
普通玻璃的光谱透过率
玻璃系列
• 夜间可以通过窗户长波辐射把热量散出去吗 ？
室内空气、表面对流换热、长波辐射 玻璃窗内表面被加热 ... ...玻璃窗 长波辐射 外界环境
得热： １、假定除所考察的围护结构内表面外，其他 各室内表面的温度均与室内空气温度一致
２、假定室内没有其他短波辐射热量落在所考 察围护结构内表面上”时
综合
• 如果有两套户型设计一模一样的公寓，但一个主 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？
–朝东公寓，传热的峰值在下午，太阳辐射得热的峰值 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 加后使得总负荷偏大 ，不空调的话房间温度会特别高
其他
• 室外空气综合温度是单独由气象参数决定的吗？ • 什么情况下建筑物与环境之间的长波辐射可以忽略？ • 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？ • 围护结构内表面上的长波辐射对负荷有何影响？
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。
《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(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
29
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
30
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
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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
(完整版)建筑环境学课后习题答案
《建筑环境学》课后习题第一章绪论1．何为建筑环境学？建筑环境中有待解决的问题是什么？2．建筑环境学研究的内容及其研究方法为何？第二章建筑外环境1．与建筑密切相关的气候因素有哪些？2．何为“平均太阳时”、“世界时”和“北京时”。
3．地球与太阳的相对位置可用哪些参数来表示，影响相对位置变化的主要因素是什么，为什么太阳离地球最远时而最热，离地球最近时却是寒冷天气。
4．到达地面的太阳辐射能量是由哪些部分组成，辐射能量的强弱与哪些因素有关。
5．我国民用住宅建筑的最低日照标准是什么，日照时间与建筑物配置和外型有何关系。
6．日照与人体健康有何关系。
7．室外地表气温的升降主要取决于什么，影响的主要因素是什么？8．何为“日较差”和“年较差”，我国各地的“日较差”“年较差”遵循什么规律。
9．何为“霜洞”，何为“有效天空温度”；影响“有效天空温度的主要因素是什么”？10．相对湿度的日变化受哪些因素的影响，其变化规律如何，为何相对湿度的日变化在黎明前后最大，而午后却最小。
11．风可分为哪两大类，并解释其定义，我国气象部门是如何测定当地的风向与风速的，风玫瑰图的含意是什么？12．城市气候环境变暖且高于周边郊区农村的主要原因是什么？为什么在城市密集区易形成热岛现象。
13．我国建筑热工设计中为什么要按分区进行设计，是如何分区，分成几个什么区域。
第三章建筑环境中的空气环境1．室内空气环境主要由哪几部分组成，上人们为什么如此关心室内空气环境。
2．何为空气环境的“阈值”，根据人在空气环境中停留时间长短给出了几种阈值。
3．室内空气品质（IAQ）较狭义与广义上的定义是如何确定的。
4．了解室内空气品质的相关标准，以及国内外标准的差异。
5．何为室内环境品质（IEQ）。
6．室内空气污染的来源，污染的种类及其造成的危害为何。
7．为了减轻室内空气污染可采取哪三种途径；分别写出稳态和非稳态下的全面通风换气稀释方程，并解释其含意。
8．理论上的通风换气量是如何确定，工程设计中新风量如何确定，ASHRAE Standard62-1989R 给出的新标准如何。
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•1983年1月26～27日
•1982年7月
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
广州市的城市热岛
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
城市热岛的成因
B 自然条件
J 市内风速、对天空长波辐射：建筑布局影响对 天空角系数和风场
J 云量：市区内云量大于郊区 J 太阳辐射：市内大气透明度低 J 下垫面的吸收和反射特性、蓄热特性：地面材
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
城市热岛与CTTC模型
建筑群热时间常数Cluster Thermal Time Constant
B 以色列H. Swaid and M. E. Hoffman提出， 对建筑采 取了二维简化，将建筑群简化成为周期性起伏的“城 市峡谷”
空气团 的温度
•基准(背景)温度
•U=3.41gm-11.6
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
伦敦的城 市热岛
B 伦敦地区冬 季月均热岛强 度达到6.7℃ （12 F）
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
北京的城市热岛
B 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。
•太阳辐射造成 的空气温升
•夜间对天空长波辐 射造成的空气温降
பைடு நூலகம்
•
B 改进CTTC模型：Elnahas和Williamson
•
•
•市区
•气象站
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
北京某新建小区的热岛模拟
日平均热岛强度/白天热岛强度
•1.8/1.1℃
•1.4/0.5℃
•老区 2/1.6℃
•S3区 •1.6/0.9℃
建筑布局与日照
B 日影
J 终日日影：一天中都没有日照 J 永久日影：终年没有日照
B 建筑布局与日照
J 建筑的互遮挡：不同建筑物相互遮挡 J 建筑的自遮挡：建筑物一部分被另一部
分遮挡
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
•8:00
•8:00
•9:00
•10:00
•11:00
•北 •12:00
•终日日影•1区3:00
料、植被、水体的设置
B 人为影响：“人为热”
J 交通、家用电器、炊事产热 J 空调采暖产热
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
城市热岛的成因
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
城市热岛的成因：下垫面的影响
•不同下垫面的地表面温度
•反射
•反射
•漫反射 •漫反射
•蒸发
•下垫面对气温的影响
•反射
•漫反射
建筑气候 VII气候区
区划
大城市
中小城 市
Ⅳ气候区
大城市
中小城 市
Ⅴ、Ⅵ 气候区
日照标准 日
大寒日
冬至日
日照时数
(h)
≥2
≥3
≥1
有效日照 时间带(h)
8～16
9～15
日照时间 计算起点
底层窗台面
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
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
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
B 建筑布局
•北
•风场模拟
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
城市热岛
B 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）附近远郊的气温的差值。 单位：℃
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
城市热岛强度△T的特征：
B 城市规模越大，人口越多，热岛现象越强； B 因地理纬度不同热岛强度有所不同
B 可见光
J 获得照明
B 红外线
J 带来辐射热能
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
有关日照的规范与标准
日照间距为了得到充分的日照，南北方 向相邻的楼间距不得低于一定限值 适用 于南北行列式排列的板式建筑
•冬至日
清华•大北学京建筑39环5境7学 第2章建筑外环
境2
城市居住区规划设计规范规定
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、
清华大学建筑环境学第2 章建筑外环境2
2020/11/8
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
风场的3-D图：1.5m高处
•北
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
合理建筑布局对小区风场的改善
•夏季主导风向 •南风
•北风 •冬季主导风向
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
合理的 小区风场 •北
•2.1/1.6℃ •1.7/0.8℃
•S2区 •2/1.7℃
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
北京某新建小区的热岛模拟
B S2区临马路，S3区绿化好，老区建筑布局不通风
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
设置水景对热岛强度的影响
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
建筑布局与日照
B 日照的作用
J 冬季采暖：充分利用太阳能 J 自然采光需要：适当的散射辐射 J 心理需要：冬日室内光斑对人的心理有积极作用
B 影响因素
J 纬度：决定太阳高度角和日射强度 J 建筑布局：决定遮挡情况
B 目标
J 冬天尽量多：但太阳高度角低易被遮挡 J 夏天尽量少：但太阳高度角高不易被遮挡
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
•蒸发
•砖石地面
•草
•裸露的土地
•不同下地垫面的反射和吸清收华比大学建筑环境学第2章建筑外环
境2
局部热岛效应
• 某体育中心原 设计方案，建筑外 表面的大屏幕设置 导致局部热岛强度 达4℃。
•来流风向
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
城市热岛与逆温层
B 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。
第五节 我国气候分区特点
B 两个分区标准
J “民用建筑设计规范”（GB50176－93） 的五个建筑热工设计分区
•14:00
•建筑的互遮挡 冬至日的情况
•15:00
•16:00
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
永久日影
红线区内为永久日影 区，终年没有日照
清华大学建筑环境学第2章建筑外环 境2
日照的作用
B 日照过少导致人体产生的褪黑色素增加， 引起精神忧郁
B 紫外线
J 杀菌，促进合成维生素D J 导致皮肤癌
J 高、中纬度区：冬强、夏弱。 J 北京：71年1月 △T=1.8℃；7月△T = 0.8℃ J 上海：55年11月△T=2.4℃；5月△T = 0.1℃
B 白天弱，夜间强；晴天无风△T强，阴天风大△T弱 B 风速大，△T 弱；风速小，△T 强
J 热岛临界风速——城市风速大到一定数值，城郊气温差别消 失，此时风速为热岛临界风速