第二章建筑外环境 本章学习要点: 1.掌握影响室内环境的几个外扰因素 2.室外大气环境的特点及与室内环境的相对关系 3.了解微气候与室外气象参数的相互影响 §2-1地球绕日运动的规律 建筑物所在地的外部环境,主要是气候条件,会通过维护结构直接影响室内的环境。 、几个基本概念 地理经度与纬度 2.本初子午线、赤道、时区的划分 3.平均太阳时、标准时间 4.世界时:经国际协议,以本初子午线处的平均太阳时为世界时间的标准时,称为“世 5.北京时间:我国从东5时区到9时区,横跨5个时区,为计算方便,我国统一采用东 8时区的时间,即以东经120°的平均太阳时为中国的标准,称为“北京时间”,北京时 间与世界时相差8小时。 6.标准时与地方平均太阳时的近似计算式To=Tm+4(L-Lm) 7.日照:是指物体表面被太阳光直接照射的现象 二、地球绕太阳的公转与自转、日照 1.赤纬(d): 太阳光线与地球赤道平面之间的夹角; 是随地球在公转轨道上的位置、即日期的不同而变化的; 全年的赤纬在+235~23.5变化,从而形成了一年的春夏秋冬四季交替。 冬至 秋分 图2-4太阳与地球的相对运动
第二章 建筑外环境 本章学习要点： 1． 掌握影响室内环境的几个外扰因素 2． 室外大气环境的特点及与室内环境的相对关系 3． 了解微气候与室外气象参数的相互影响 §2-1 地球绕日运动的规律 建筑物所在地的外部环境，主要是气候条件，会通过维护结构直接影响室内的环境。 一、几个基本概念 1． 地理经度与纬度 2． 本初子午线、赤道、时区的划分 3． 平均太阳时、标准时间 4． 世界时：经国际协议，以本初子午线处的平均太阳时为世界时间的标准时，称为“世 界时”。 5． 北京时间：我国从东 5 时区到 9 时区，横跨 5 个时区，为计算方便，我国统一采用东 8 时区的时间，即以东经 120°的平均太阳时为中国的标准，称为“北京时间”，北京时 间与世界时相差 8 小时。 6． 标准时与地方平均太阳时的近似计算式 T0=Tm+4（L0-Lm） 7． 日照：是指物体表面被太阳光直接照射的现象。 二、地球绕太阳的公转与自转、日照 1．赤纬（d）： 太阳光线与地球赤道平面之间的夹角； 是随地球在公转轨道上的位置、即日期的不同而变化的； 全年的赤纬在+23.5~-23.5 变化，从而形成了一年的春夏秋冬四季交替。 图 2-4 太阳与地球的相对运动
图26本初子午线与本地子午线 图2-7太阳高度角与方位角 2.地球与太阳的相对位置 由纬度φ,太阳赤纬d,时角h,太阳高度角β和方位角A等来表示 1)纬度φ,地球表面某地的纬度是该点对赤道平面偏北或偏南的角位移 2)时角h 3)太阳高度角β与太阳方位角A 地球上某一点所看到的太阳方向,称为太阳位置,太阳位置常用两个角度来表示。 太阳高度角β—太阳方向与水平的夹角(光线与影子的夹角) 太阳方位角 太阳方向的水平投影偏向南的角度 之所以要确定太阳高度角及方位角,是为了进行日照时数,日照面积,房屋朝向和间距及 房屋周围阴影区范围等的设计 影响太阳高度角与方位角的因素有三: 赤纬(d)—表明季节(日期)的变化; 时角(h)一表明时间的变化 地理纬度(φ)—观察点的位置 关系式:sinP= coso cosh cosd+ sing sind Sinp=cosd sinh/cosB §2-2太阳辐射 太阳辐射是地球上热量的基本来源,也是决定气候的主要由来,也是建筑物外部最重要的 气候条件之 、太阳常数与太阳辐射的电磁波 1.太阳(基本数据): (1)直径:是地球的110倍 (2)高温:表面温度6000k左右,内部2×107k (3)能量(热能)以电磁波的辐射的形成向宇宙空间发射能量 (4)地球接收能量:1.7×101kw20亿分之一总辐射能
图 2-6 本初子午线与本地子午线 图 2-7 太阳高度角与方位角 2． 地球与太阳的相对位置 由纬度 φ，太阳赤纬 d，时角 h，太阳高度角 β 和方位角 A 等来表示 1） 纬度 φ，地球表面某地的纬度是该点对赤道平面偏北或偏南的角位移 2） 时角 h 3） 太阳高度角 β 与太阳方位角 A 地球上某一点所看到的太阳方向，称为太阳位置，太阳位置常用两个角度来表示。 太阳高度角 β——太阳方向与水平的夹角（光线与影子的夹角） 太阳方位角 A——太阳方向的水平投影偏向南的角度 之所以要确定太阳高度角及方位角，是为了进行日照时数，日照面积，房屋朝向和间距及 房屋周围阴影区范围等的设计。 影响太阳高度角与方位角的因素有三： 赤纬（d）——表明季节（日期）的变化； 时角（h）——表明时间的变化； 地理纬度（φ）——观察点的位置 关系式：sinβ=cosφ cosh cosd +sinφ sind Sinβ=cosd sinh/cosβ §2-2 太阳辐射 太阳辐射是地球上热量的基本来源，也是决定气候的主要由来，也是建筑物外部最重要的 气候条件之一。 一、太阳常数与太阳辐射的电磁波 1．太阳（基本数据）： (1) 直径：是地球的 110 倍 (2) 高温：表面温度 6000k 左右，内部 2×107 k (3) 能量（热能）以电磁波的辐射的形成向宇宙空间发射能量 (4) 地球接收能量：1.7×1014kw 20 亿分之一总辐射能
2.太阳常数 太阳辐射热量的度量,用辐射强度来表示(I)——是指单位面积(1m2)黑体在太阳辐射下 所获得的热量值,单位是W/m2,可用仪器测量 太阳常数Io—大气层外,太阳与地球的平均距离处(日地平均距高离),大约15000万公里, 与太阳光线垂直的表面上的辐射强度。Io=1353W/m2 3.太阳辐射的波谱 太阳辐射的波长范围大约在01540um之间 0.15um 0.38um 0.76um 4.oum 紫外区可见光区 红外区 太阳辐射与太阳高度角的关系参见教材表2-1 太阳辐射的能量主要分布在课间光区与红外区,紫外区最少。各自所占的比例随太阳高度 角的变化而变化 增大 紫外线成分增多,辐射能占比例增多 可见光成分增多,辐射能占比例增多 红外线成分减少,辐射能占比例减少 二、大气层对太阳辐射的吸收 1.大气层对太阳辐射的散射、反射与吸收 ①反射:被云层反射到空间 ②散射:天空中的各种气体分子、尘埃、微小水柱。 ③吸收:氧、臭氧、CO2与水吸收 到达地面的太阳辐射由两部分组成:直接辐射、散射辐射 2.大气层对太阳辐射的影响程度及影响参数 大气对太阳辐射的削弱程度取决于射线在大气中射程的长短与大气质量 太阳辐射的削弱:①射线射程:太阳高度角β、纬度φ、路径 β增大,φ减小I增大(射程短) β减小,φ增大,I减小(射程长) ②大气质量:大气透明度p=l/o 3.计算式 距大气层上界x处的太阳直射辐射强度Ix的梯度与其本身强度成正比 d 式中:k比例常数,m1,k越大,辐射衰减越大 太阳光线的行进路程,即太阳光线透过大气层的距离 天顶(日射垂直地面)辐射强度
2．太阳常数 太阳辐射热量的度量，用辐射强度来表示（I）——是指单位面积（1m2）黑体在太阳辐射下 所获得的热量值，单位是 W/m2，可用仪器测量。 太阳常数 I0——大气层外，太阳与地球的平均距离处（日地平均距离），大约 15000 万公里， 与太阳光线垂直的表面上的辐射强度。I0=1353 W/m2 3．太阳辐射的波谱 太阳辐射的波长范围大约在 0.15~4.0μm 之间 太阳辐射与太阳高度角的关系参见教材表 2-1 太阳辐射的能量主要分布在课间光区与红外区，紫外区最少。各自所占的比例随太阳高度 角的变化而变化。 增大 紫外线成分增多，辐射能占比例增多 可见光成分增多，辐射能占比例增多 红外线成分减少，辐射能占比例减少 二、大气层对太阳辐射的吸收 1. 大气层对太阳辐射的散射、反射与吸收 ① 反射：被云层反射到空间 ② 散射：天空中的各种气体分子、尘埃、微小水柱。 ③ 吸收：氧、臭氧、CO2 与水吸收 到达地面的太阳辐射由两部分组成：直接辐射、散射辐射 2. 大气层对太阳辐射的影响程度及影响参数 大气对太阳辐射的削弱程度取决于射线在大气中射程的长短与大气质量。 太阳辐射的削弱：①射线射程：太阳高度角 β、纬度 φ、路径 β 增大，φ 减小 I 增大（射程短） β 减小，φ 增大，I 减小（射程长） ② 大气质量：大气透明度 p=Il/I0 3. 计算式 距大气层上界 x 处的太阳直射辐射强度 Ix 的梯度与其本身强度成正比 x x kI dx dI = − exp( ) 0 I I kx x = − 式中： k——比例常数，m-1，k 越大，辐射衰减越大。 x——太阳光线的行进路程，即太阳光线透过大气层的距离 天顶（日射垂直地面）辐射强度
J1=lexp(-k)令l1/l0=P大气透明度 P值一般为0.65~075,P值越大,大气越清澈 当太阳不再天顶时,太阳高度角为β时,路程长度为P=l/inB IN=Io I——为地球表面处与太阳光线垂直的平面上的太阳直射辐射强度 水平面上直射强度sz= IN sin B 垂直面上只射强度/sz= cos Bco6 式中:—太阳方位角,太阳辐射线在水平上的投影与墙面法线夹角 A—太阳方位角 D墙面方位角 图29太阳光的路程长度 参见教材图2-10表示了各种大气透明度的直射辐射强度 从图中可以看出:Is,z,I,z随β增加而增强 lc.z,开始随β増大而增强,到达最大值后随β增大而减弱 图2-11给出了北纬40°全年各月水平面、南向面、东向面表面每天获得的太阳总辐射热量。 从图中可以看出:水平面、东西向垂直面、法向面夏季的日总辐射量达到最大,而南向垂 直表面,则冬季所接收的总辐射量最大。 三、日照的作用与效果 日照:是指物体表面被太阳光直接照射的现象 对于住宅室内的日照标准一般是由日照时间与日照质量来衡量
exp( ) 0 I I kl l = − 令 I l / I 0 = P 大气透明度 P 值一般为 0.65~0.75, P 值越大，大气越清澈 当太阳不再天顶时，太阳高度角为 β 时，路程长度为 l' = l /sin m I N = I 0P IN——为地球表面处与太阳光线垂直的平面上的太阳直射辐射强度 水平面上直射强度 I S ,Z = I N sin 垂直面上只射强度 I S ,Z = I N cos cos 式中： θ——太阳方位角，太阳辐射线在水平上的投影与墙面法线夹角 A——太阳方位角 D——墙面方位角 参见教材图 2-10 表示了各种大气透明度的直射辐射强度 从图中可以看出：IS，Z ，IF，Z随 β 增加而增强 IC，Z ，开始随 β 增大而增强，到达最大值后随 β 增大而减弱 图 2-11 给出了北纬 40°全年各月水平面、南向面、东向面表面每天获得的太阳总辐射热量。 从图中可以看出：水平面、东西向垂直面、法向面夏季的日总辐射量达到最大，而南向垂 直表面，则冬季所接收的总辐射量最大。 三、日照的作用与效果 日照：是指物体表面被太阳光直接照射的现象。 对于住宅室内的日照标准一般是由日照时间与日照质量来衡量
最低日照标准:北半球的太阳高度角全年中的最小值是冬至日,因此,冬至日最低层住宅 内得到的日照时间,作为最低的日照标准 我国一般民用住宅中,要求冬至日的满窗日照时间不低于1h 日照质量:是通过日照时间的积累和每小时的日照面积两方面组成,只有日照时间和日照 面积都得到保证,才能充分发挥光中紫外线的杀菌作用。 §2-3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是根据它的使用性质和当地气候情况而定 寒冷地区:争取较好的日照 炎热地区:避免过量的直射阳光进入室内。 日照时间、南北方向相邻楼间距与纬度之间的关系 H展时间 图2-12不同纬度下南北相邻楼间距与日照时间的关系 从图2-12中可知,日照时间相同,不同纬度的建筑,南北方向相邻楼间距是不同的, 纬度越高,需要的楼间距也越大 、建筑物的形状与日照的关系 终日日影:由于建筑的遮挡,有的地方在一天中都没有日照,该现象称为终日日影。 永久日影:由于建筑的遮挡,有的地方在一年中都没有日照,该现象称为永久日影 从日照的角度来考虑建筑的体形,期望冬季阴影范围小,在夏季最好有较大的建筑阴影范 闱 建筑物的形状、朝向与阴影(日照的关系) §2-4室外气候 微气候”的概念:微气候是指离地30~-120cm高度范围内,在建筑物周围地面上及屋面 墙角、窗台等特定地点的风、阳光、辐射、气温与温度条件。 室外温度
最低日照标准：北半球的太阳高度角全年中的最小值是冬至日，因此，冬至日最低层住宅 内得到的日照时间，作为最低的日照标准。 我国一般民用住宅中，要求冬至日的满窗日照时间不低于 1h 日照质量：是通过日照时间的积累和每小时的日照面积两方面组成，只有日照时间和日照 面积都得到保证，才能充分发挥光中紫外线的杀菌作用。 §2-3 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是根据它的使用性质和当地气候情况而定。 寒冷地区：争取较好的日照。 炎热地区：避免过量的直射阳光进入室内。 一、日照时间、南北方向相邻楼间距与纬度之间的关系 图 2-12 不同纬度下南北相邻楼间距与日照时间的关系 从图 2-12 中可知，日照时间相同，不同纬度的建筑，南北方向相邻楼间距是不同的， 纬度越高，需要的楼间距也越大。 二、建筑物的形状与日照的关系 终日日影：由于建筑的遮挡，有的地方在一天中都没有日照，该现象称为终日日影。 永久日影：由于建筑的遮挡，有的地方在一年中都没有日照，该现象称为永久日影。 从日照的角度来考虑建筑的体形，期望冬季阴影范围小，在夏季最好有较大的建筑阴影范 围。 建筑物的形状、朝向与阴影（日照的关系） §2-4 室外气候 “微气候”的概念：微气候是指离地 30~120cm 高度范围内，在建筑物周围地面上及屋面、 墙角、窗台等特定地点的风、阳光、辐射、气温与温度条件。 一、室外温度