2建筑环境学第二章 建筑外环境

第二章建筑外环境

建筑物所在地的气候条件，通过围护结构，直接影响室内环境，因此，有必要将建筑外环境的基本概况讲清楚，以便充分利用自然条件改善建筑物的内部环境。

第一节地球绕日运动的规律

地球上的任何一点位置都可以用地理经度和纬度表示。

1．经线：一切通过地轴的平面同地球表面相交而成的圆叫经度圈。经度圈都要通过南北两极，形成两个180°的半圆，这样的半圆叫经线。（或称子午线）

全球共分为180个经圈，360条经线（子午线）。

* 国际会议商定，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

．．．。

2．纬线：一切垂直于地轴的平面同地球表面相割而成的圆，称为纬线，且彼此平行。

其中通过地心的纬线

．．．．．叫赤道

．．．．．．．．．、北两个半球

．．．．．。

．．。赤道面将地球分为南

3．经度：经度是指本初子午线所在的平面与本地子午线所在平面的夹角。

以本初子午线为零度线，自零度线向东分为180°叫东经

．．。

．．，向西分为180°叫西经4．纬度：是以本地法线（地平面的垂线）与赤道平面的夹角，赤道的纬度为零。

自赤道向北极方向分为90°称为北纬

．．。

．．，向南极方向分为90°称为南纬5．日照时间一般采用平均太阳时。

6．平均太阳时：是以太阳通过该地的子午线时为正午12点来计算一天的时间。

这样经度不同的地方，正午时间均不同，规定标准时间

．．．．。

7．世界时：国际协议，以本初子午线处的平均太阳时为世界时间的标准，称为“世界时”。

把全世界按地理经度划分为24个时区，每个时区包含地里经度15°。以本初子午

线东西各7.5°为零时区，向东西各分为12个时区，每个时区都按它的中央子午线

的平均太阳时为计时标准，成为该时区的标准时，相邻两个时区的时差为1小时。

8．我国的时区范围是，东5~9时区，横跨5个时区。我国统一采用东8时区的时间，即以东京120°的平均太阳时为中国的标准时间，称为北京时间。北京时间与世界

时间相差8小时。

9．标准时间计算公式：

T o=T m+4(L o－L m)

T o——标准时间

T m——地方平均太阳时

L o——标准时间子午线的经度deg

L m——当地时间子午线所在处的经度deg

10．日照：指物体表面被太阳直接照射的现象。

太阳在天空中的位置因时、因地时刻变化，正确掌握太阳运动规律，对处理建筑环

境问题有益。

地球绕地轴自转同时绕太阳公转，地球绕着太阳公转轨道的平面始终保持66.5°的

倾角，而且在公转运行中，这个交角和地轴的倾斜方向都保持不变。

11．赤纬：是太阳光线与地球赤道平面之间的夹角，用d来表示。

它是随地球在公转轨道上的位置，日期的不同而变化的。全年的赤纬在+23.5°~

－23.5°之间变化。

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°，南北半球的昼夜相等。

夏至赤纬最大，太阳光线直射地球北纬23.5°。

秋分时，赤纬为0°。

冬至阳光直射南纬23.5°，赤纬为－23.5°。

将四个典型节日再细分为24节气，每个节气太阳运转15d左右，形成传统的24

节气。

12．地球与太阳的相对位置可以用纬度，太阳赤纬d，时角h，太阳高度角β和方位角A等来表示。

13．纬度：地球表面的纬度是该点对赤道平面偏北或偏南的角位移。

14．时角（h）：指OP线在地球赤道平面上的投影与当前时间12点时，日、地中心连线在赤道平面上的投影之间的夹角。

当地时间12点时的时角为零，前后每隔一小时，增加360/24=15。

15．太阳位置：地球上某一点所看到的太阳方向，用太阳高度角β和太阳角A表示。

太阳高度角β：

sinβ= cosϕcos h cos d +sinϕsin d

sinA = cos d sin h / cosβ

第二节太阳辐射

太阳热辐射能是地球上热量的主要来源。

一、太阳常数与太阳辐射的电磁波

1．关于太阳的基本数据：

1）太阳的直径均为地球直径的110倍。

地球直径为r=6436km，表面积A s=6.13×1018m2。

2）太阳表面温度约为6000k。（5724k）

3）太阳内部温度为2×107k。

4）地球接受的太阳辐射能为1.7×104kw。

估算方法：视地球为半径r=6436km的圆球，距离太阳为R=150.6×106km，因此投射到地球大气层外缘的百分数为：

πr 2 π×6436 2

————= ——————————= 4.56×10 -8%

4πR24π（150.6×106）2

将太阳视为黑体：σb A s T=5.67×10－8×6.131×1018×57244=3.832×1026w

到达地球的能量：3.832×1026×4.56×10－8%=17.48×1016w

2． 太阳常数：与太阳光线垂直的表面上的辐射强度I o =1353W/m 2，称为太阳常数．．．．

。 3． 太阳辐射中能转化为热能的主要是可见光和红外线，波长范围在0.38μm~0.76μm ，

0.76μm~3.0μm 。

这些辐射能受到大气层的影响将减弱。

太阳辐射在大气层中的减弱因素：

1） 大气层中的H 2O ，CO 2，O 3，O 2对太阳辐射有吸收作用，且具有明显的选择性。

O 3吸收紫外线和小于0.3μm 的短波辐射，一部分可见光。

H 2O 、CO 2主要吸收红外光的辐射。

2） 太阳辐射在大气层中遇到空气分子和微小尘埃会产生散射。

3） 大气层中的云层和较大的尘粒，对太阳辐射其反射作用。

4） 与太阳辐射通过大气层的行程有关。

二、大气层对太阳辐射的吸收

距大气层上部边界距离x 出的辐射强度为I x 。

dx dIx

= -k Ix

I x =I o exp(－kx)

k ——消光系数 k 值越大辐射强度衰减越大。

当日射垂直地面时，到达地面的太阳辐射强度为：

I 1 = I o exp(－kL)

P = I 1 /I 0称为大气透明度。ρ越接近1，大气越清澈。ρ=0.65~0.75。

当太阳不在天顶，太阳高度角为β时，路程长度L=L ’/sin β。

地球表面处于太阳光线垂直于平面上的太阳直射辐射强度：

I N =I o P m

m=L ’/L=1/sin β，称为大气质量。

根据太阳直射辐射强度分别算出水平面上的直射强度和垂直面上的直射强度。 水平面上的直射强度：I S.Z =I N sin β

垂直面上的直射强度：I C.Z =I N cos βcos θ

θ——墙—太阳方位角。太阳辐射线在水平面上的投影与墙面法线的夹角。 θ=A ±α

A ——太阳方位角

α——墙面方位角。墙面法线偏离南向的角度 deg 。

水平面夏季的热辐射接收量最大，南北向垂直面冬季热辐射接收量最大。

三、日照的作用与效果

1． 日照：指物体表面被太阳光直接照射的现象。

2． 住宅室内的日照标准是由日照时间和日照质量来衡量的。

3． 日照标准：要求冬至日底层住宅满窗日照时间不低于1小时。

4． 紫外线：波长0.2~0.4μm ，具有强大的杀菌作用，但人的皮肤易被晒黑。

5． 红外线：波长0.77~4.0μm ，造成热效果的主要因素。

第三节 建筑物的配置和外形与日照的关系

建筑对日照的要求主要根据他的使用性质和当地气候情况决定。

一、建筑物对日照的一般要求

1． 寒冷地区：一般在冬季需要较多的日照。

2． 炎热地区：一般在夏季避免太阳直射室内。

3． 特殊功能的房间对日照有特殊要求：