建筑外环境设计

粗线：全年 细实线： 冬季，12~2月份 虚线： 夏季，6~8月份
蒲福风力等级表
Ñ Æ £ æ ² ö ¬Ð · À ¬¼ ç « ¾ ¥ È µ ½ 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 ­ Ô » ³ 10 À ¬ 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
建筑布局与日照


我国民用住宅设计规范要求每户至少有一间 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

建筑布局与日照

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
我国的大气透明度分区
2 4 3
3 5 6 4
影响大气透明度的天气现象


扬沙 （ 沙尘暴） 本地或附近尘沙被风吹起，使能见度显著下降1.0-10.0 千米以内小于1.0千米 天色混浊 一片黄色 风较大 冷空气过境或雷雨影响时，北方春季易出现 浮尘 远地或本地产生沙尘暴或扬沙后尘沙等细粒浮游 空中而形成。 俗称“落荒沙” 小于10.0千米 垂直能见度也较差

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 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)

目标


第三节 室外气候


微气候的概念：
限于高度为100米以下的1公里水平范围 建筑形式、布局及下垫面的状况起着重要 的影响作用。 大气压力 空气温度 空气湿度 风 太阳辐射强度 有效天空温度 地层温度 降水
0©
+23.5© 23.5© 0©
太阳的位置通常用两个角度来表示
太阳高度角—太阳方向与水平面的夹角 太阳方位角—太阳方向的水平投影偏离南向的角度
太阳高度角
太阳方位角
第二节 太阳辐射


1.太阳常数与太阳辐射的电磁波 2.大气层对太阳辐射的吸收 3.在建筑中日照的作用与效果
1.太阳常数与太阳辐射的电磁波

1.经度和纬度
180©
北纬
90©
纬线
西经 东经 0© 0©
经线或子午线
南纬
一切通过地轴的平面与地球表面相交而成的圆—经度圈 半圆—经线 一切垂直于地轴的平面与地球表面相交而成的圆—纬线
第一节 地球绕日运动的规律
2.时间 （一天时间的确定是以地球自转为依据）

地球每转1©需要4分钟
平均太阳时—太阳通过该地的子午线时为正午，“地方” 钟表指示的时间是均匀的，“平均”
2.湿度

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
来源


水体蒸发 植物蒸发

影响因素


地面性质 水体分布 季节 阴晴


绝对湿度 相对湿度 水蒸气分压力

日变化 相对湿度与气温变化反相

年变化 内陆和沿海地区差别较大

气流的影响
3.风——大气压差引起的大气的运动

风的成因（地表增温不同是引起大气压差的主 要原因）
40 30
温度(℃)
20 10 0 -10
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
时间(小时)
（3）空气温度的局部效应



受地面反射率、气流、遮阳、夜间辐射等影响 不透水下垫面温度较透水下垫面温度高 建筑物密集处空气温度较开阔处高 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
太阳高度角
海拔(米) 北京 31.2; 上海 4.5; 西安 396.9; 西宁 2261.2 拉萨 3658; 日喀则 3836
太阳方位角
大气质量：



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
太阳辐射量、 室外干球温度、 湿度 风速、风向 降雨量
本章主要内容


第一节 地球绕日运动的规律 第二节 太阳辐射 第三节 室外气候 第四节 我国气候分区特点
第一节 地球绕日运动的规律


气候的变化随着年周期和日周期而变化 而这种变化的根本原因则在于地球按一 定规律进行的绕日运动
第一节 地球绕日运动的规律

所谓太阳总辐射强度一般仅包括前两部分
2.大气层对太阳辐射的吸收

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 大气对太阳辐射的削弱强度取决于射线 在大气射程中的长短及大气质量
射程长短与太阳高度角和海拔高度有关
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
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 风向 ——风吹来的方向 v 通常用16个方位来表示 风速 ——单位时间风所行进的距离
人们把风吹来的地平方向确定为风 方向
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
北京地区的风玫瑰图


年平均温度：
向高纬度地区每移动 200~300 km 降低1℃。
日较差
受海陆分布和地形起伏的影响
年较差
与海陆分布有关 与纬度有关
32 30 28
温度 (℃ )
26 24 22 20 18 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 时间 (小时 )
空气温度的年变化
一年中最热月一般在7、8月份，最冷月一般在1、2月份。
建筑外环境
为什么要考虑建筑外环境?

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 了解室外环境以控制室内环境


气候与天气是两个不同的概念
天气是指该地区时刻变化的冷、热、干、湿、风、雨 等大气状况 气候是指某地区平均的大气状况，是该地区多年天气 状况的统计结果。 与建筑密切相关的气候要素包括：
（1）影响地面附近空气温度的因素


入射到地面上的太阳辐射热 ——空气不能直接吸收太阳辐射热 ——但入射到地面上的太阳辐射热对地面附近 空气温度起着决定作用 下垫面 大气对流(例:西伯利亚寒流)
（2）空气温度的规律

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。
太阳辐射能量比例

转化为热能的主要是可见光和红外线
长波红外 线 2.2% 可见光 45.6% 近红外线 45.2% 紫外线 7.0%
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：阳光经过大气层时，被气体分子、 液体或固体颗粒反射或折射，达到地球表面时 无特定方向，形成一个由整个天穹所照射的散 乱光 ，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。
£ Ë ß Å · ©µ ´ (km)
² Ã Î ¾ (kPa) ï ÷ ¶ ¥
2.空气温度
紫外线 可见光
近红外线

主要指距地面1.5m高，背阴处的空气温度。 对短波辐射几乎是透明体—直接接受太阳辐射 的增温是非常微弱的。 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。
长波 红外线
1.大气压力
7 6 5
玛多 拉萨

兰州 太原 北京
4 3 2 1 0 -1 40 50 60
格尔木
昆明

70
80
90
100 110
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

太阳辐射能是地球上热量的基本来源 是决定气候的主要因素 也是建筑物外部最主要的气候条件之一 太阳常数——大气层外与太阳光线垂直 的表面上的辐射强度 1353W/m2
紫外线
可见光
近红外线
长波 红外线



通常把波长为0.1~100µm的电磁波称为热射线， 其中包括可见光、部分紫外线和红外线，他们 投射到物体上能产生热效应 单原子气体和某些对称型双原子气体如O2， N2，H2等，它们的吸收和辐射很微弱，可以 认为是透热体，即不辐射也不吸收 对多原子气体，CO2，SO2，水蒸气则不能认 为是透热体，特别是在高温条件下有较大的辐 射力和吸收率，

地方风：



季风：


海陆风


在白天，陆上的空气温度比同 一纬度海上的空气温度高，热 气上升，海上的冷气流就吹向 内陆。 在夜间，此过程相反。这样形 成的风称为海陆风。
山谷风


在山区，局部的温差会造成局地风 型。此类风是一种很薄的表面气流 是由于向阳坡面上的气温与谷地上 方等高处的气温差而造成的。 白天靠近山坡表面的空气较同等高 度的自由大气所受的热量多，热气 即上升，空气流向在白天为沿山坡 向上 在夜间此过程相反，风向则沿山坡 向下。故大的山谷会产生强烈的山 谷风，白天向上吹，夜间吹向谷底。
标准时T0—世界时、“北京时间”
地方平均太阳时Tm与标准时
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

3. 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 全年的赤纬角+23.5º ~-23.5º 之间变化 春分（0）夏至（+23.5º ）—直射北回归线 秋分（0）冬至（-23.5º —直射南回归线 ）

大气环流：


太阳辐射不均匀造成赤道和两极间极大的温差,引发大气在 此间的经常性活动 从而造成对各地气候的影响造成局部差异， 地方性地貌条件不同造成，如海陆风(地表水陆分布)、山 谷风(地势)、庭院风、巷道风等 以一昼夜为周期 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 造成季节差异，以年为周期