建筑物理 室外气候

第一篇第一篇 热热 环环 境境第第第第 3 3 章章章章 室室室室 外外外外 气气气气 候候候候内容：内容：1.1.建筑气候概述建筑气候概述2.2.室外气候因素室外气候因素3.3.城市气候城市气候4.4.我国的建筑气候我国的建筑气候5.5.气候与建筑气候与建筑1.1.1.1.建筑气候概述建筑气候概述建筑气候概述建筑气候概述1.11.1基本概念基本概念气候：气候：是指一个地区或一个地方的天气状况，是各种气候因素相互作用的结果，主要由太阳辐射，大气环境和下垫面间长期的相互作用引起，具有一定的规律性。建筑气候：建筑气候：是指建筑与大气过程间规律性的相互影响，是指与建筑有关的气候状况，也具有一定的规律性。建筑气候学：建筑气候学：是研究建筑气候的规律性和建筑物如何适应当地气候特点，合理地规划、布局、选材、设计施工等，以创造适宜的室内气候和良好的建筑物的气象效应的科学。气候带：气候带：根据气候因子或气候要素具有纬向带状分布特征而划分的地带称为气候带。1.21.2建筑气候区划及分类建筑气候区划及分类 区划：区划：对一个国家、一个地区，按对一个国家、一个地区，按一定的标准，同时结合生产实际需一定的标准，同时结合生产实际需要适当照顾自然区或行政区，将全要适当照顾自然区或行政区，将全国或某个区域按不同气候特色划分国或某个区域按不同气候特色划分为若干小区，称为气候区划。为若干小区，称为气候区划。日日本本建建筑筑气气候候分分区区气候区气候区气候特征气候特征气候型气候型气候特征气候特征A A 赤道赤道潮湿性潮湿性气候区气候区全年炎热最冷月全年炎热最冷月平均气温平均气温 1818热带雨林气候热带雨林气候全年多雨，最干月降水全年多雨，最干月降水60mm60mm热带季风气候热带季风气候雨季特别多雨，最干月降水雨季特别多雨，最干月降水60mm60mm热带草原气候热带草原气候有干湿季之分，最干月降水有干湿季之分，最干月降水60mm60mmB B 干燥干燥性气候性气候区区全年降水稀少，全年降水稀少，根据降水的季节根据降水的季节分配，分冬雨区、分配，分冬雨区、夏雨区、年雨区夏雨区、年雨区沙漠气候沙漠气候干旱，降水干旱，降水250mm250mm稀树草原气候稀树草原气候半干旱半干旱 250mm 250mm 降水降水750mm750mmC C 湿润湿润性温和性温和型气候型气候区区最热月平均气温最热月平均气温1010，0 0最冷月平均最冷月平均气温气温18 Ax (3)时间有延迟时间有延迟(4)衰减倍数衰减倍数:地表以下衰减倍数地表以下衰减倍数2.3 2.3 空气湿度周期性变化空气湿度周期性变化在一日中在一日中黎明前最黎明前最高，而午高，而午后最低。后最低。相对湿度日变化：相对湿度日变化：年周期性变化：年周期性变化：变化程度是大陆大于海面，夏季大于冬季，晴变化程度是大陆大于海面，夏季大于冬季，晴天大于阴天。天大于阴天。在一年在一年中最冷中最冷月最高，月最高，而最热而最热月最低。月最低。湿度随湿度随高度的高度的变化。变化。水蒸汽压力：水蒸汽压力：在竖向高度上的递减量较气压的递减更快，因此，水蒸汽的浓度随着海拔高度而降低。水蒸汽压力最大的年变化发生在季风影响的区域内；这些季风从海洋上带来了热的湿空气，又从内陆带来了干燥的空气。影响湿度的因素：影响湿度的因素：地面性质、太阳辐射、空气温度、空气流速、降水等。2.42.4风风A.A.大气环流大气环流由于太阳辐射在地表分布不均，引起赤道与两由于太阳辐射在地表分布不均，引起赤道与两极温差，从而引起气流从赤道想两极，从两极极温差，从而引起气流从赤道想两极，从两极向赤道的流动。向赤道的流动。地球上的大气借地球上的大气借助对流会将太阳助对流会将太阳能进行再分配。能进行再分配。图为在不旋转的图为在不旋转的地球地球 。大气环流大气环流风向地球旋转，使图气流产生陀螺旋转的趋势。地球旋转，使图气流产生陀螺旋转的趋势。（1 1）由于地球的）由于地球的旋转，吹向赤道风旋转，吹向赤道风因而偏转向西；因而偏转向西；（2 2）吹向两极的）吹向两极的风因而偏转向东；风因而偏转向东；（3 3）上述两种作）上述两种作用近赤道区最小，用近赤道区最小，近极区最大。近极区最大。B.地方风 由于地方性质不同由于地方性质不同,如水陆分布、地如水陆分布、地理起伏、地表状况不同，引起空气理起伏、地表状况不同，引起空气的流动。海陆风、季风、山谷风、的流动。海陆风、季风、山谷风、庭院风、巷道风等。庭院风、巷道风等。山谷风C.C.风的描述风的描述风向：风向：风吹来的地平方向。风吹来的地平方向。风速：风速：风的大小称为风速。风的大小称为风速。先定十六个方先定十六个方向，再统计出向，再统计出各方向的频率，各方向的频率，连接各点，圆连接各点，圆周线代表频率周线代表频率值。值。风玫瑰图风玫瑰图:泉州泉州泉州泉州5-95-9月风向玫瑰图月风向玫瑰图月风向玫瑰图月风向玫瑰图泉州全年风向玫瑰图泉州全年风向玫瑰图风速玫瑰图：风速玫瑰图：先统计出某一方向某一先统计出某一方向某一范围如范围如0 01.0m/s1.0m/s出现出现的次数，再求出该方的次数，再求出该方向该范围内风速的频向该范围内风速的频率。率。按照画风玫瑰图的方法按照画风玫瑰图的方法画出这一范围玫瑰图，画出这一范围玫瑰图，再统计另一风速范围再统计另一风速范围如如12m/s12m/s出现次数的出现次数的及计算出某出现频率，及计算出某出现频率，按方向和比例截取线按方向和比例截取线段描点，连接各点形段描点，连接各点形成区域即可划出风速成区域即可划出风速图。图。D.风速随高度的变化风速随高度的变化A.A.与下垫面性质有关与下垫面性质有关B.B.随高度增加而增加随高度增加而增加C.C.可用指数形式表示可用指数形式表示V=VV=V0 0(Z/Z(Z/Z0 0)n nE.我国风向分区我国风向分区.季节变化型：季节变化型：冬夏风向变化135度,180度。.主导风向型：主导风向型：全年风向基本一致。.无主导风向型无主导风向型。.准静风型。准静风型。F.建筑建筑物周边物周边的风的风建建建建筑筑筑筑物物物物所所所所受受受受风风风风压压压压2.5 2.5 降水降水降水：降水：从大地蒸发出来的水汽进入从大地蒸发出来的水汽进入大气层，经过凝结后又降到地面上大气层，经过凝结后又降到地面上的液态或固态水分简称降水。的液态或固态水分简称降水。描述降水性质的参数：描述降水性质的参数：降水量、降降水量、降水时间、降水强度。水时间、降水强度。影响降水的因素：影响降水的因素：气温、大气环流、地形、海陆分布。降水量：降水量：是指降落到地面的雨、雪、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。降水时间：降水时间：指一次降水过程从开始到指一次降水过程从开始到结束的持续时间，单位结束的持续时间，单位h或或min。降水强度：降水强度：指单位时间内的降水量，指单位时间内的降水量，等级以等级以24小时的总量（小时的总量（mm）表示。）表示。小雨小雨:10mm，中雨，中雨:1025mm，大，大雨雨:2550mm，暴雨，暴雨:50100mm。我国降水分布特点我国降水分布特点我国降水分布特点我国降水分布特点(1)(1)从东南从东南沿海向西沿海向西北内陆减北内陆减少。少。(2)(2)山地多山地多于平地于平地,迎迎风多于背风多于背风。风。(3)(3)与地形与地形与风型有与风型有关。关。降水与山系降水与山系降水与山系降水与山系太平洋沿海的帕罗阿托(Palo Alto)向东横过海滨山脉和内华达山(Sierra Navada)至内华达沙漠(Navada desert)A.A.多雨区在山脉的近陆地。多雨区在山脉的近陆地。B.B.最大雨量出现在山最大雨量出现在山脉的中央西斜坡。脉的中央西斜坡。3.3.3.3.城市气候城市气候城市气候城市气候3.1城市的形成3.23.2现代城市的特点现代城市的特点A.A.建筑物鳞次栉比建筑物鳞次栉比,高低不一高低不一,是是由混凝土堆积而成特殊场所。是由混凝土堆积而成特殊场所。是自自然地表受到人为改造的特殊底层垫然地表受到人为改造的特殊底层垫面。面。B.B.街道纵横街道纵横,人口密集人口密集,大量能源输大量能源输入和消费入和消费,“人为热人为热”大量产生排大量产生排放的地方放的地方。C.C.是垃圾废物、尘埃、有毒和有害是垃圾废物、尘埃、有毒和有害气体产生和排放的中心。气体产生和排放的中心。3.33.3城市气候概念及特点城市气候概念及特点A.概念概念 城市气候是指某一地区在城市化后，城市气候是指某一地区在城市化后，由于人口高度密集，众多建筑物构由于人口高度密集，众多建筑物构成特殊下垫面，高强度的经济活动成特殊下垫面，高强度的经济活动中消耗大量燃料，释放出有害气体中消耗大量燃料，释放出有害气体和粉尘以及其他人类生产和生活的和粉尘以及其他人类生产和生活的影响，改变了该地区原有的区域气影响，改变了该地区原有的区域气候状况，形成一种与城市周围不同候状况，形成一种与城市周围不同的局地气候称为城市气候。的局地气候称为城市气候。B.B.城市气候特点城市气候特点（1 1）大气透明度）大气透明度差，削弱太阳辐差，削弱太阳辐射。射。（2 2）气温较高，）气温较高，形成形成“热岛热岛”效效应。应。城市热岛环流城市热岛环流城市热岛环流城市热岛环流美国华盛顿特区的辐射式街道 巴西贝洛奥里藏特城市街道布置 （3 3）风风速速减减小小，风风向向各各地地而而异。异。大气分层大气分层:奥克（奥克（OkeOke）将城市大气划分为以下）将城市大气划分为以下几层，城市边界层、城市覆盖层、城市热羽层。几层，城市边界层、城市覆盖层、城市热羽层。（4 4）蒸发减弱，湿度变小，地面较干）蒸发减弱，湿度变小，地面较干躁；形成躁；形成“城市干岛城市干岛”。城市绝对。城市绝对湿度的日振幅比郊区大。湿度的日振幅比郊区大。.（5 5）城区降水量增多。有丰富的冷结）城区降水量增多。有丰富的冷结核核,形成形成“城市雨岛城市雨岛”。城市云量。城市云量比郊区为多，城市中下风方向降水比郊区为多，城市中下风方向降水量多。量多。（6 6）雾多、能见度差。雾多、能见度差。大量尘埃粒引大量尘埃粒引起。起。3.43.4城市区域热环境调节城市区域热环境调节 借助于数学模型可以模拟部分因素对气温的可借助于数学模型可以模拟部分因素对气温的可能影响，并对造成的可能最大影响程度作了能影响，并对造成的可能最大影响程度作了初步的估计。初步的估计。通过合理的城市规划和建筑设计，可以对通过合理的城市规划和建筑设计，可以对城市区域热环境的改善起到很好作用。城市城市区域热环境的改善起到很好作用。城市干道的走向不仅影响日照，而且对太阳辐射干道的走向不仅影响日照，而且对太阳辐射热和风速有明显影响，这些都是对局部区热热和风速有明显影响，这些都是对局部区热环境起作用的主要因子。因而根据本区域的环境起作用的主要因子。因而根据本区域的主导风向等因素规划城市道路系统有利于减主导风向等因素规划城市道路系统有利于减弱城市热岛效应。弱城市热岛效应。4.4.我国的建筑气候我国的建筑气候A.A.区划意义区划意义概括出各地区的气候特点，起到：概括出各地区的气候特点，起到：（1 1）适应不同气候条件）适应不同气候条件（2 2）明确各地建筑的基本要求）明确各地建筑的基本要求（3 3）为建筑城规划提供所需的气候参数）为建筑城规划提供所需的气候参数（4 4）合理利用当地的气候资源）合理利用当地的气候资源,改善和提改善和提高城市与建筑环境质量高城市与建筑环境质量,充分发挥建设投充分发挥建设投资的经济效益和社会效益。资的经济效益和社会效益。4.14.1建筑气候区划的意义和分级建筑气候区划的意义和分级7个一级区(、)，反映大差别。以气温、相对湿度、降水为指标。20个二级区（A、B、C)小差别。B.B.分级分级I区以1月平均气温和冻土性质为二级指标区以7月平均气温和日较差为二级指标区以7月平均气温和最大风速为二级指标区以最大风速为二级指标区以1月平均气温为二级指标区以1月和7月平均气温为二级指标区以1月和7月平均气温、降水量为二级指标4.2.4.2.中国建筑热工设计分区中国建筑热工设计分区A.A.仅对建筑热环境和保温隔热设计而仅对建筑热环境和保温隔热设计而提出。提出。B.B.以累年最冷月（以累年最冷月（1 1月）和最热月（月）和最热月（7 7月）平均温度作为主要指标；用累年月）平均温度作为主要指标；用累年日平均温度日平均温度5 5和和2525的天数为辅的天数为辅助指标。助指标。5.5.建筑的气候适应性建筑的气候适应性严寒地区(围护结构厚重、门窗小、密闭性）蒙古苞：蒙古苞：圆形可使相同空间的表面积最小，圆形可使相同空间的表面积最小，热量散失最小热量散失最小爱基斯摩人圆顶雪屋：剖面及其中的温度分层现象 寒冷地区（较大的围合争取日照，阻挡冷风）窑洞是利用地层温度稳定夏热冬冷地区：夏热冬冷地区：（江南水乡，潮湿，遮阳和通风)夏热冬暖地区：夏热冬暖地区：夏热冬暖地区：夏热冬暖地区：（广西，夏季遮阳（广西，夏季遮阳（广西，夏季遮阳（广西，夏季遮阳十分重要十分重要十分重要十分重要)福建：台风的适福建：台风的适应应湿热地区：湿热地区：湿热地区：湿热地区：通风、架空、防潮、防虫通风、架空、防潮、防虫通风、架空、防潮、防虫通风、架空、防潮、防虫傣族竹楼马来马来群岛的群岛的草屋草屋干热地区：干热地区：干热地区：干热地区：（沙漠，（沙漠，（沙漠，（沙漠，围护结构厚重，衰围护结构厚重，衰围护结构厚重，衰围护结构厚重，衰减温度波，被动蒸减温度波，被动蒸减温度波，被动蒸减温度波，被动蒸发降温利用）发降温利用）发降温利用）发降温利用）蒸发冷却技术应用例蒸发冷却技术应用例-总统别苑哈桑法塞（Hassan Fathy）设计的位于埃及埃及KalabashKalabash的总统别苑的总统别苑：向下通风的蒸发冷却、热压通风出风口。蒸发冷却例蒸发冷却例-拉雷多蓝图示范农场拉雷多蓝图示范农场普林尼菲斯克（Pliny Fisk）设计的德克萨斯州拉雷多（Laredo）的拉雷多蓝图示范农场拉雷多蓝图示范农场，采用了两个蒸发冷却塔来冷却棚屋办公室、教室以及包装区域。蒸发冷却蒸发冷却原理：原理：水在空气水在空气中蒸发会中蒸发会吸收空气吸收空气的热量、的热量、增加空气增加空气湿度从而湿度从而使空气降使空气降温。温。蒸发冷却效果以色列沙漠建筑研究中心尼古拉斯尼古拉斯尼古拉斯尼古拉斯 格雷姆肖（格雷姆肖（格雷姆肖（格雷姆肖（英国）英国）西班牙塞维西班牙塞维西班牙塞维西班牙塞维利亚利亚利亚利亚 EXPO92EXPO92英英英英国馆国馆国馆国馆建筑规模：建筑规模：建筑规模：建筑规模：28002800建筑概况建筑概况 该馆是1992年西班牙塞维利亚世界博览会的英国馆，博览会共有110个国家参展，多数展馆的设计师是费尽心力去表达其所代表的国家的文化内涵。格雷姆肖不是简单地从建筑的形式表征下功夫，而是从气候控制和环境保护出发，创造性地整合技术与自然、艺术、文脉等的关系，表达了设计师对生态问题的强烈关注。英国馆占地宽36.6m、长61m，面积2800m。坐西朝东，朝向不利。分析图 创作原点 塞塞维维利利亚亚是是欧欧洲洲最最热热的的城城市市，夏夏季季的的最最高高温温度度常常常常高高达达45，昼昼夜夜温温差差可可达达20以以上上，夏夏季季降降雨雨极极少少。博博览览会会在在夏夏季季举举行行，如如果果用用常常规规意意义义上上的的空空调调手手段段，将将消消耗耗大大量量的的能能源源，因因此此对对气气候候和和生生态态的的考考虑虑成成为为设设计计的的根根本出发点。本出发点。鉴于东晒相对较弱且博览会开门时间鉴于东晒相对较弱且博览会开门时间较晚，格雷姆肖请水幕艺术家威廉较晚，格雷姆肖请水幕艺术家威廉派派伊（伊（William William PyePye）在东侧设置了）在东侧设置了水幕，而在西侧则采用了而在西侧则采用了蓄热水箱以水箱以水箱将散热时间延迟至下班之后，南侧和屋将散热时间延迟至下班之后，南侧和屋顶采用经顶采用经PVC材料处理过的高分子织物，处理过的高分子织物，同时同时具有遮阳、隔热和太阳能收集器的具有遮阳、隔热和太阳能收集器的功能，功能，其收集的能量为驱动水幕的水泵其收集的能量为驱动水幕的水泵提供动力。提供动力。最终结果是，似乎非常耗费能量的既最终结果是，似乎非常耗费能量的既有水瀑布，又有很多钢材、玻璃等轻有水瀑布，又有很多钢材、玻璃等轻结构和材料的英国馆，结构和材料的英国馆，耗能仅为一般其他同类建筑的1/4。芝贝欧文化中心建筑外观 法兰克福商业银行建筑外观