1
第二章
建筑外环境
2003年
2
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。
3
第一节 地球绕日运动的规律
?经度和纬度
伦敦格林威治天文台
经线或子午线 纬线
东经西经
北纬
南纬
180? 90?
0?
0?
4
90
E
?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
北京时间
5
0?
0?
+23.5?
-23.5?
第一节 地球绕日运动的规律
?太阳的位臵与
日照的关系
?赤纬,太阳
光线与地球赤
道平面之间的
夹角
赤纬 d
北回归线
南回归线
6
南北回归线
7
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？
太阳时角
太阳高度角
太阳方位角
sin? = cos? cos h cos d+ sin? sind
sin A = cos d sin h /cos ?
8
第
二
节
太
阳
辐
射
可见光紫外线 近红外线 长波红外线
9
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。
?? 1? ?a
4 5, 6 %
?ì êa ì?
7, 0 %
oü ·ì êa ì?
4 5, 2 %
±¤ °¨ ·ì êa ì?
2, 2 %
10
太阳辐射能与太阳高度角
太阳高度角
11
大气质量 m
IN = I0 P m
m = L’/L = 1/sin?
大 大
?
为什么太
阳高度角接
近 0o和 90o时
垂直面 的日
射量都小？
12
太阳辐射照度与朝向
?北纬 40° 的总辐射照度
13
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
14
太阳高
度角冬
夏不同
15
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
16
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
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0 2 4 6 8 10 12
?? ?ù
2?
?÷
êμ
àe
′?
P
东京晴天
的大气透
明度逐月
值
17
我国的大气透明度分区
6
5
4
4
3
3
2
18
太
阳
辐
射
能
的
去
向
19
20
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
21
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
22
大气压力
?大气压力随海拔高度
而变
?在同一位臵，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
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
40 50 60 70 80 90 100 110
2? ?÷ ?? ?￥ ( k P a )
·￡
??
μ?
′?
(
k
m
)
北京
太原
拉萨
昆明
玛多
兰州
格尔木
23
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℃ 。
24
地层温度
?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：
?边界条件为过余温度 ℃
?A是地层表面温度的波幅 (℃ ),Z是波动周期
(小时 )。
2
2
ya ?
??
?
? ?
?
?
ZA
??? 2c o s),0( ?
25
地层温度
?深度达到某一个部位,
最热月时此处的温度反而
低于该点的全年平均温度,
而在最冷月时, 该点的温
度要高于全年平均温度 。
?如果考虑地热的影响,
深度每增加 1米, 地层平
均温度一般就会增加 1/30
℃ 左右 。 但与当地地质条
件有关 。
未考虑地热影响的
26
空气温度
?主要指距地面 1.5m高，背阴处的空气温度。
?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。对短波辐射几乎是透明体。
?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。
?年平均温度：向高纬度地区每移动 200~300
km 降低 1℃ 。
27
空气温度
年较差与纬度的关系
太阳辐射和气温变化
28
18
20
22
24
26
28
30
32
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
时间 ( 小时 )
温度
(
℃
)
空气温度的日变化
?? 武汉九月初一天的气象数据
一天中 最高气温一般出现在下午 2~3时，最低气
温一般出现在凌晨 4~5时
29
空气温度的年变化
?? 武汉某年的气象数据
一年中最热月一般在 7,8月份，最冷月一般在 1、
2月份。
- 1 0
0
10
20
30
40
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
时间 ( 小时 )
温度
(
℃
)
30
空气温度的局部效应
?受地面反射率、夜间辐射、气流、遮阳等影响，离
建筑物越远，温度越低
31
空气温度的局部效应
?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
32
有效天空温度
?参考文献：刘森元, 黄远峰：天空有效温度的探讨,, 太阳能
学报,, Vol.4,No.1,pp.63-68,1983
4/1404 ])70.030.0)(0 2 6.032.0(9.0[ TSTT e dds k y ????
地表温度 空气温度水蒸汽分压力
日照百分率
33
湿度
?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
?水蒸汽分压力
?冬季较低，夏季较高
?湿热地区,15~20 mbar
?寒冷和沙漠地区,?2 mbar
?日变化较小，季节变化较大
?内陆地区夏季：上午 9~10时和
晚上 9~10时最高，凌晨和午后
最低
?沿海地区夏季和各地秋冬季：
日变化与气温日变化一致
34
湿度
?日变化
?相对湿度与气温变化反相
35
湿度
?年 变化
?内陆和沿海地区差别较大
36
风
?风的成因
?大气环流：造成全球各地差异
?赤道和两极温差造成
?地方风：造成局部差异，以一昼夜为周期
?地方性地貌条件不同造成，如海陆风、山谷风、
庭院风、巷道风等
?季风：造成季节差异，以年为周期
?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
37
大气环流
?赤道得到太阳辐射大于长波辐射散热，极地
正相反。地表温度不同是大气环流的动因，
风的流动促进了地球各地能量的平衡。
38
大气环流?地球的自转把赤道上空向两极流动的气流变成西风
39
海陆风和山谷风
40
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
?风速有梯度，地面为 0 m/s，
可认为按幂函数规律分布，如：
v
28.0)(
r e f
r e fh h
hVV ?
41
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
42
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
43
蒲福风力等级表
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2 0,2 0,3 ?è à? μí ?? Dí ?? ￡? ?e? ′ ?￠ ìì ￡? ?o ì? aê á? ?a ′ˉ 1,6~ 3,3
3 0,6 1,0 ?e? ′ 1?? ￠ ó￥ ?? ′ˉ °? ì￠ ￡? ì· ?ì ò? ?a 3,4~ 5,4
4 1,0 1,5 á? 23 ?? 3? à? ?? ±? ·ê óo ò? ￡? ?e 3á í? ó￥ ?? ′ˉ 5,5~ 7,9
5 2,0 2,5 Dí ?′ 3á í? ?e? ? ?? ￡? á? ?o 3á è? à? Dí í? °¨ 8,0~ 1 0,7
6 3,0 4,0 2? ?eó ￥ ?? ′ˉ ￡? ?? ?? ?§ á? 1 0,8~ 1 3,8
7 4,0 5,5 ?? ?e? ? ′ˉ ￡? D- ?? °o í μí ?? °? a? 1 3,9~ 1 7,1
8 5,5 7,5 ?eó ￥ ò× ?? ￡? ?è ì? ??í í ￡? μí ?? ?è ?￥ ?? 2? 1 7,2~ 2 0,7
9 7,0 1 0,0 o¨ó t ?ê Dí í? è? ￡? ?é 2? ′¤ °? 1?? o ?ù ?? ′ˉ 2 0,8~ 2 4,4
10 9,0 1 2,5 ?? ?? ?e á? ?? ?? ?? ?? o¨ ót ?ê è? ?3 oì ó? ?￡ ?o ?ì ?? 1? ?￡ 2 4,5~ 2 8,4
11 1 1,5 1 6,0 ?o ?ì ·? ?? 1? ￡? Dí ?? a? Dí ?? ?· ? ?3 2 8,5~ 3 2,6
12 1 4,0 ￡- ?o ?ì ?÷ ?? 1? ￡? 2ù ?? ?￥ 1? 2? 3 2,7~ 3 6,9
44
降水
?大地蒸发的水分进入大气层，凝结后又回
到地面，包括雨、雪、冰雹等
?降水强度,24小时的降水总量，单位 mm
(或 cm)
?影响因素
?气温
?地形
?大气环流
?海陆分布
45
我国降水分布
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
46
第三节 室外气候
?城市气候
?小区风场
?城市热岛
?建筑布局与日照
47
此处易聚集垃圾
小区风场
?形成机理
?建筑物对来流风的阻
碍和聚集作用
?小区内太阳辐射导致
各表面存在温差而形
成的自然对流
?不当风场的危害
?冬季造成热负荷增加
?高风速影响人员行动
?夏季自然通风不良
48
小
区
风
场
?建筑的布局对小区风环境有
重要的影响。北京，在北风
来流 7.6 m/s时，局部 1.5 m
高处 出现 10 m/s 的 高风速
北
49
风场的 3-D图,1.5m高处
北
50
小
区
风
场
?改变建筑布局，小区风
环境有明显改善
北
51
小区风场
?建筑布局
风场模拟
北
北
52
城市热岛
?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）附件远郊的气温的差值。
单位,℃
53
城市热岛的成因
?自然条件
?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
?云量：市区内云量大于郊区
?太阳辐射：市内大气透明度低
?下垫面的吸收和反射特性、蓄热特性：地面材
料、植被、水体的设臵
?人为影响：, 人为热,
?交通、家用电器、炊事产热
?空调采暖产热
54
城市热岛的成因
55
城市热岛的成因：下垫面的影响
不同下垫面的反射和吸收比
不同下垫面的地表面温度 下垫面对气温的影响
砖石地面 草地 裸露的土地
蒸发
漫反射
反射反射
漫反射 蒸发漫反射
反射
56
城市热岛与逆温层
?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。
57
伦敦的城
市热岛
?伦敦地区冬
季月均热岛
强度达到
6.7℃ （ 12 F）
58
北京的城市热岛
?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。
1983年 1月 26～ 27日 1982年 7月
59
北京某新建小区的热岛模拟
?S2区临马路,S3区绿化好，老区建筑布局不通风
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
1:00 5:00 9:00 13:00 17:00 21:00
Time(h)
T
(
??
)
?÷ ì? ò? S3 S2 ?ì ?÷
60
北京某新建小区的热岛模拟
61
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
?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
?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
62
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
63
建筑的互遮挡情况
64
永久日影
红线区内为永久日
影区
65
第四节 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
66
建筑热工设计分区
严寒地区
寒冷地区
夏热冬冷区
夏热冬暖 区
温和地区
寒冷地区
严寒地区
寒冷地区
严寒地区
67
建筑气候区划
标准的分区法
I区
II区
III区
IV区
V区
VII区
VI区
68
柯本 (W.P,Koppen)的全球气候分区
湿热
寒冷高原
干冷
半干冷
寒冷
寒冷
冬冷夏热
冬干夏
湿热
69
习题
?为什么我国北方住宅严格遵守座北朝南的原
则，而南方（尤其是华南地区）住宅并不严
格遵守此原则？
?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？
?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？
70
习题
?为什么晴朗天气的凌晨树叶表面容易结露或
结霜？
?为保证日照时间满足规范要求，南方地区和
北方地区要求的最小住宅楼间距是否相同？
为什么？
?采用高反射率的地面对住区微气候是改善了
还是恶化了？为什么？
?水体和植被对热岛现象起什么作用？机理是
什么？
第二章
建筑外环境
2003年
2
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。
3
第一节 地球绕日运动的规律
?经度和纬度
伦敦格林威治天文台
经线或子午线 纬线
东经西经
北纬
南纬
180? 90?
0?
0?
4
90
E
?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
北京时间
5
0?
0?
+23.5?
-23.5?
第一节 地球绕日运动的规律
?太阳的位臵与
日照的关系
?赤纬,太阳
光线与地球赤
道平面之间的
夹角
赤纬 d
北回归线
南回归线
6
南北回归线
7
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？
太阳时角
太阳高度角
太阳方位角
sin? = cos? cos h cos d+ sin? sind
sin A = cos d sin h /cos ?
8
第
二
节
太
阳
辐
射
可见光紫外线 近红外线 长波红外线
9
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。
?? 1? ?a
4 5, 6 %
?ì êa ì?
7, 0 %
oü ·ì êa ì?
4 5, 2 %
±¤ °¨ ·ì êa ì?
2, 2 %
10
太阳辐射能与太阳高度角
太阳高度角
11
大气质量 m
IN = I0 P m
m = L’/L = 1/sin?
大 大
?
为什么太
阳高度角接
近 0o和 90o时
垂直面 的日
射量都小？
12
太阳辐射照度与朝向
?北纬 40° 的总辐射照度
13
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
14
太阳高
度角冬
夏不同
15
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
16
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
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0 2 4 6 8 10 12
?? ?ù
2?
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东京晴天
的大气透
明度逐月
值
17
我国的大气透明度分区
6
5
4
4
3
3
2
18
太
阳
辐
射
能
的
去
向
19
20
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
21
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
22
大气压力
?大气压力随海拔高度
而变
?在同一位臵，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
-1
0
1
2
3
4
5
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40 50 60 70 80 90 100 110
2? ?÷ ?? ?￥ ( k P a )
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μ?
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(
k
m
)
北京
太原
拉萨
昆明
玛多
兰州
格尔木
23
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℃ 。
24
地层温度
?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：
?边界条件为过余温度 ℃
?A是地层表面温度的波幅 (℃ ),Z是波动周期
(小时 )。
2
2
ya ?
??
?
? ?
?
?
ZA
??? 2c o s),0( ?
25
地层温度
?深度达到某一个部位,
最热月时此处的温度反而
低于该点的全年平均温度,
而在最冷月时, 该点的温
度要高于全年平均温度 。
?如果考虑地热的影响,
深度每增加 1米, 地层平
均温度一般就会增加 1/30
℃ 左右 。 但与当地地质条
件有关 。
未考虑地热影响的
26
空气温度
?主要指距地面 1.5m高，背阴处的空气温度。
?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。对短波辐射几乎是透明体。
?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。
?年平均温度：向高纬度地区每移动 200~300
km 降低 1℃ 。
27
空气温度
年较差与纬度的关系
太阳辐射和气温变化
28
18
20
22
24
26
28
30
32
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
时间 ( 小时 )
温度
(
℃
)
空气温度的日变化
?? 武汉九月初一天的气象数据
一天中 最高气温一般出现在下午 2~3时，最低气
温一般出现在凌晨 4~5时
29
空气温度的年变化
?? 武汉某年的气象数据
一年中最热月一般在 7,8月份，最冷月一般在 1、
2月份。
- 1 0
0
10
20
30
40
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
时间 ( 小时 )
温度
(
℃
)
30
空气温度的局部效应
?受地面反射率、夜间辐射、气流、遮阳等影响，离
建筑物越远，温度越低
31
空气温度的局部效应
?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
32
有效天空温度
?参考文献：刘森元, 黄远峰：天空有效温度的探讨,, 太阳能
学报,, Vol.4,No.1,pp.63-68,1983
4/1404 ])70.030.0)(0 2 6.032.0(9.0[ TSTT e dds k y ????
地表温度 空气温度水蒸汽分压力
日照百分率
33
湿度
?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
?水蒸汽分压力
?冬季较低，夏季较高
?湿热地区,15~20 mbar
?寒冷和沙漠地区,?2 mbar
?日变化较小，季节变化较大
?内陆地区夏季：上午 9~10时和
晚上 9~10时最高，凌晨和午后
最低
?沿海地区夏季和各地秋冬季：
日变化与气温日变化一致
34
湿度
?日变化
?相对湿度与气温变化反相
35
湿度
?年 变化
?内陆和沿海地区差别较大
36
风
?风的成因
?大气环流：造成全球各地差异
?赤道和两极温差造成
?地方风：造成局部差异，以一昼夜为周期
?地方性地貌条件不同造成，如海陆风、山谷风、
庭院风、巷道风等
?季风：造成季节差异，以年为周期
?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
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大气环流
?赤道得到太阳辐射大于长波辐射散热，极地
正相反。地表温度不同是大气环流的动因，
风的流动促进了地球各地能量的平衡。
38
大气环流?地球的自转把赤道上空向两极流动的气流变成西风
39
海陆风和山谷风
40
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
?风速有梯度，地面为 0 m/s，
可认为按幂函数规律分布，如：
v
28.0)(
r e f
r e fh h
hVV ?
41
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
42
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
43
蒲福风力等级表
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à? / àè
0 ￡- ￡- ?° ￡? ?é óa ?ì 0 ~ 0,2
1 0,1 0,1 ?é á? aí ?? ?o ì? ￡? 3? ?o ì? aê °? á? ?a ′ˉ 0,3~ 1,5
2 0,2 0,3 ?è à? μí ?? Dí ?? ￡? ?e? ′ ?￠ ìì ￡? ?o ì? aê á? ?a ′ˉ 1,6~ 3,3
3 0,6 1,0 ?e? ′ 1?? ￠ ó￥ ?? ′ˉ °? ì￠ ￡? ì· ?ì ò? ?a 3,4~ 5,4
4 1,0 1,5 á? 23 ?? 3? à? ?? ±? ·ê óo ò? ￡? ?e 3á í? ó￥ ?? ′ˉ 5,5~ 7,9
5 2,0 2,5 Dí ?′ 3á í? ?e? ? ?? ￡? á? ?o 3á è? à? Dí í? °¨ 8,0~ 1 0,7
6 3,0 4,0 2? ?eó ￥ ?? ′ˉ ￡? ?? ?? ?§ á? 1 0,8~ 1 3,8
7 4,0 5,5 ?? ?e? ? ′ˉ ￡? D- ?? °o í μí ?? °? a? 1 3,9~ 1 7,1
8 5,5 7,5 ?eó ￥ ò× ?? ￡? ?è ì? ??í í ￡? μí ?? ?è ?￥ ?? 2? 1 7,2~ 2 0,7
9 7,0 1 0,0 o¨ó t ?ê Dí í? è? ￡? ?é 2? ′¤ °? 1?? o ?ù ?? ′ˉ 2 0,8~ 2 4,4
10 9,0 1 2,5 ?? ?? ?e á? ?? ?? ?? ?? o¨ ót ?ê è? ?3 oì ó? ?￡ ?o ?ì ?? 1? ?￡ 2 4,5~ 2 8,4
11 1 1,5 1 6,0 ?o ?ì ·? ?? 1? ￡? Dí ?? a? Dí ?? ?· ? ?3 2 8,5~ 3 2,6
12 1 4,0 ￡- ?o ?ì ?÷ ?? 1? ￡? 2ù ?? ?￥ 1? 2? 3 2,7~ 3 6,9
44
降水
?大地蒸发的水分进入大气层，凝结后又回
到地面，包括雨、雪、冰雹等
?降水强度,24小时的降水总量，单位 mm
(或 cm)
?影响因素
?气温
?地形
?大气环流
?海陆分布
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我国降水分布
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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第三节 室外气候
?城市气候
?小区风场
?城市热岛
?建筑布局与日照
47
此处易聚集垃圾
小区风场
?形成机理
?建筑物对来流风的阻
碍和聚集作用
?小区内太阳辐射导致
各表面存在温差而形
成的自然对流
?不当风场的危害
?冬季造成热负荷增加
?高风速影响人员行动
?夏季自然通风不良
48
小
区
风
场
?建筑的布局对小区风环境有
重要的影响。北京，在北风
来流 7.6 m/s时，局部 1.5 m
高处 出现 10 m/s 的 高风速
北
49
风场的 3-D图,1.5m高处
北
50
小
区
风
场
?改变建筑布局，小区风
环境有明显改善
北
51
小区风场
?建筑布局
风场模拟
北
北
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城市热岛
?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）附件远郊的气温的差值。
单位,℃
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城市热岛的成因
?自然条件
?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
?云量：市区内云量大于郊区
?太阳辐射：市内大气透明度低
?下垫面的吸收和反射特性、蓄热特性：地面材
料、植被、水体的设臵
?人为影响：, 人为热,
?交通、家用电器、炊事产热
?空调采暖产热
54
城市热岛的成因
55
城市热岛的成因：下垫面的影响
不同下垫面的反射和吸收比
不同下垫面的地表面温度 下垫面对气温的影响
砖石地面 草地 裸露的土地
蒸发
漫反射
反射反射
漫反射 蒸发漫反射
反射
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城市热岛与逆温层
?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。
57
伦敦的城
市热岛
?伦敦地区冬
季月均热岛
强度达到
6.7℃ （ 12 F）
58
北京的城市热岛
?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。
1983年 1月 26～ 27日 1982年 7月
59
北京某新建小区的热岛模拟
?S2区临马路,S3区绿化好，老区建筑布局不通风
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
1:00 5:00 9:00 13:00 17:00 21:00
Time(h)
T
(
??
)
?÷ ì? ò? S3 S2 ?ì ?÷
60
北京某新建小区的热岛模拟
61
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
?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
?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
62
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
63
建筑的互遮挡情况
64
永久日影
红线区内为永久日
影区
65
第四节 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
66
建筑热工设计分区
严寒地区
寒冷地区
夏热冬冷区
夏热冬暖 区
温和地区
寒冷地区
严寒地区
寒冷地区
严寒地区
67
建筑气候区划
标准的分区法
I区
II区
III区
IV区
V区
VII区
VI区
68
柯本 (W.P,Koppen)的全球气候分区
湿热
寒冷高原
干冷
半干冷
寒冷
寒冷
冬冷夏热
冬干夏
湿热
69
习题
?为什么我国北方住宅严格遵守座北朝南的原
则，而南方（尤其是华南地区）住宅并不严
格遵守此原则？
?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？
?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？
70
习题
?为什么晴朗天气的凌晨树叶表面容易结露或
结霜？
?为保证日照时间满足规范要求，南方地区和
北方地区要求的最小住宅楼间距是否相同？
为什么？
?采用高反射率的地面对住区微气候是改善了
还是恶化了？为什么？
?水体和植被对热岛现象起什么作用？机理是
什么？
