清华大学建筑环境学第2章_建筑外环境2

建筑环境学——李念平主编、化学工业出版社出版 第一部分 知识点总结第二章 建筑外环境2.1太阳与地球运动建筑内环境包括：空间内空气的热湿环境、空气品质、气流环境、声环境和光环境。

建筑外环境包括：建筑外围护结构以外的一切自然环境和人工环境。

建筑外环境与建筑内环境和建筑节能密切相关的环境要素有：太阳辐射、气温、湿度、风、降水、天空的辐射、土壤的温度。

1884年经国际会议规定，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。

北京市位于北纬39°56′，东经116°19′。

自转自西向东平均角速度15°/h公转围绕太阳逆时针旋转偏心率0.016黄赤交角23°27′近似为23.5°地球自转的地理意义产生了昼夜交替钟表时间均以地方平均太阳时为准T m 。

（真太阳时为T ）平均太阳时是以太阳通过当地的子午线时为正午12点来计算一天的时间。

经度每隔一度地方时相差4min真太阳时与地方平均太阳时的换算6015e L L T T m m +-+=【10页】地球公转的地理意义：地球公转和黄赤交角的存在造成了四季的交替赤纬从赤道平面算起，向北为正向南为负地球上某一点所看到的太阳的方向称为太阳位置。

太阳高度角是地球表面上某点和太阳的连线与地平面之间的夹角。

太阳方位角是太阳至地面上某给定点连线在地球上的投影与南向夹角。

以南点为0°向西为正向东为负。

影响太阳高度角和方位角的因素：地理纬度ϕ、赤纬δ、时角h太阳高度角ϕδδϕβsin sin cosh cos cos sin += 太阳方位角βδcos sinh cos sin =A 【13页】 2.2太阳辐射与日照太阳常数是进入地球大气的太阳辐射在单位面积上的总能量值为1353W/m2测量要在大气外垂直入射光面积上。

太阳常数不是固定不变的。

太阳直径为地球的110倍，温度为6000k,内部为710*2k 地球接受太阳能量1.72×1014kw,为辐射能二十亿分之一。

课后习题建筑环境学课后习题第二章建筑外环境1、为什么我国北方住宅严格遵循坐北朝南的原则，而南方（尤其是华南地区）住宅并不严格遵守此原则？2、是空气温度的改变导致地面温度的改变，还是地面温度的改变导致空气温度的改变？3、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？4、为什么晴朗天气的凌晨树叶表面容易结露和结霜？5、采用低放射率的下垫面对城市热岛效应有不好的影响吗。

如果住宅小区采用高反射率的地面铺装是否能够改善住区微气候，为什么？6、水体和植被对热岛现象起什么作用？机理是什么？7、根据教材表2-5和附录2-3，在各区内找1个接近其最不利情况的城市，在焓湿图上标出其冬夏季的室外设计状态点，对温湿度予以说明。

第三章建筑热湿环境1、设计一道习题，计算哈尔滨某房间（教室、办公室等）的夏季冷负荷。

参考：各种空调设计手册、负荷计算方法书2. 室外空气综合温度是单独由气象参数决定的吗？3、什么情况下建筑物和环境之间的长波辐射可以忽略？4、透过玻璃窗的太阳辐射是否只有可见光。

没有红外线和紫外线？5、透过玻璃窗的太阳辐射是否等于建筑物的瞬时冷负荷？6、室内照明和散热设备是否直接转变为瞬时冷负荷？7、为什么冬季往往可以采用稳态算法计算采暖负荷而夏天却一定要采用动态算法计算空调负荷？8、围护结构内表面上的长波辐射对负荷有何影响？9、夜间建筑物可以通过玻璃窗以长波辐射形式把热量散出去吗？第四章人体对热湿环境的反应1、比较分析PMV与ET的特点和适用场合。

如果某办公室设计标准是干球温度26℃，相对湿度65％，风速0.25m/s。

如果最低只能使温度达到27℃，相对湿度仍然为65％，有什么办法可使该空间能达到与设计标准同等的舒适度？2、人的代谢率主要是由什么因素决定的？人体的发热量和出汗率是否随环境空气温度的变化的改变而改变？3、“冷”和“热”是什么概念？单靠环境温度能否确定人体的热感觉？湿度在热体热舒适中起什么作用？4、国外常用带内电热源manikin（人体模型）做热舒适实验，manikin的发热量由输入的活动强度确定，材料的导热系数与人体肌肤基本相同。

《建筑环境学》习题部分参考解答第二章 建筑外环境1. 为什么我国北方住宅严格遵守坐北朝南的原则，而南方并不严格遵守？答：太阳光在垂直面上的直射强度为θβcos cos ,⋅⋅=N z c I I ，对于地理位置的地区βcos ⋅N I 是不能人为改变的。

所以要使I c,z 取最佳值，只有使θ尽可能小。

在冬季，太阳是从东南方向升起，从西南方向落下，而坐北朝南的布局就保证了在冬季能最大限度的接收太阳辐射。

北方气候寒冷、冬夏太阳高度角差别大，坐北朝南的布局可以使建筑物冬季获得尽可能多的太阳辐射，夏季获得的太阳辐射较小。

但在南方尤其是北回归线以南，冬夏太阳高度角差不多，所以建筑物是否坐北朝南影响不太大。

2. 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？答：大气中的气体分子在吸收和放射辐射能时具有选择性，它对太阳辐射几乎是透明体，直接接受太阳辐射的增温是非常微弱。

主要靠吸收地面的长波辐射而升温。

而地面温度的变化取决于太阳辐射和对大气的长波辐射。

因此，地面与空气的热量交换是气温升降的直接原因，地面温度决定了空气温度。

3. 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？答：有效天空温度的计算公式为：4144])70.030.0)(026.032.0(9.0[o d d sky T S e T T +--=查空气水蒸气表，可知：t =25℃时，e d =31.67mbar查表2-2，T d =32.2+273.15=305.35 K ，另外，T 0=25+273.15=298.15 K∴ 计算得：T sky ＝100×(74.2－9.4S)1/4如果没有大气层，可以认为S ＝1，则计算求得：T sky ＝283.7 K4. 为什么晴朗天气的凌晨树叶表面容易结露或结霜？答：由于晴朗夜空的天空有效温度低，树叶表面与天空进行长波辐射，使得叶片表面温度低于空气的露点温度，所以出现结露或结霜现象。

课后习题答案第二章建筑外环境1.为什么我国北方住宅严格遵守坐南朝北的原则，而南方（尤其是华南地区）住宅并不严格遵守此原则？答：我国分为严寒、寒冷、夏热冬冷和暖和地区，居住建筑一般总是希望夏季避免日晒，而冬季又能获得较多光照，我国北方多是严寒和寒冷地区，建筑设计时，必须充分满足冬季保暖要求，部分地区兼顾夏季防热，北部地区坐北朝南能够达到充分利用阳光日照采暖，能够减少建筑的采暖负荷，减少建筑采暖能耗，所以，我国北方住宅严格遵守坐北朝南的原则，而南方地区必须满足夏季防晒要求适当兼顾冬季保暖，所以南方住宅可以不遵守原则。

2.是空气温度的改变导致地面温度改变，还是地面温度的改变导致空气温度改变？答：互相影响的，主要是地面温度的改变对空气温度变化起主要作用，空气温度的改变一定程度上也会导致地面温度改变，因为大气中的气体分子在吸收和放射辐射时是有选择的，对太阳辐射几乎是透明体，只能吸收地面的长波辐射，因此，地面与空气的热量交换是气温上升的直接原因。

3.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？根据书中有效天空温度估算式（2-23）有效天空温度与近地面气温和空气的发射率有关，空气发射率又与露点温度有关，露点温度又与气温和相对湿度（或含湿量）有关，假定在晴朗的夏夜，气温为25℃，相对湿度在30％-70％之间，则tdp＝6℃-19℃，有效天空温度tsky＝7℃-14℃。

在某些极端条件下，tsky可以达到0℃以下。

如果没有大气层，有效天空温度应该为0 K。

4.为什么晴朗天气的凌晨书页表面容易结露或结霜？答：晴朗天空的凌晨，温度较低，云层较薄，尘埃，微小水珠，气体分子较大，太阳辐射较小，树叶主要向天空辐射长波辐射，树叶温度低于露点温度，树叶表面容易结露或结霜。

5.采用低反射率的下垫面对城市热岛有不好的影响。

如果住宅小区采用高反射率的地面铺装是否能够改善住区微气候？为什么？答：其效果不是很好，由于城市建筑的密集，植被少采用高反射率的地面铺装，虽然减少了地面对辐射的吸收，但其反射出去的辐射仍会被建筑群所吸收，另外，由于逆温层的存在，其可能会导致空气温度的开高，从而不利于住区微气候的改善。

《建筑环境学》课后习题答案第一章：绪论1．所谓建筑环境学就是指在建筑空间，在满足使用功能的前提下，如何让人们在使用过程中感到舒适和健康的一门科学。

根据使用功能的不同，从使用者的角度出发，研究室的温度、湿度、气流组织的分布、空气品质、采光性能、照明、噪声和音响效果等及其相互间组合后产生的效果，并对此作出科学评价，为营造一个舒、健康的室环境提供理论依据。

有等解决问题是：①如何解决满足室环境舒适性与能源消耗和环境保护之间的矛盾；②如何解决“建筑病综合症”（Sick Building Syndrome –“SBS”）的问题。

2．研究的主要容包括：建筑外环境、室空气品质、室热湿环境与气流环境，建筑声环境和光环境（即包含了建筑、传热、声、光、材料及生理学、心理学和生物学等多门学科的容。

基于建筑环境学容的多样性，相对独立性和应用的广泛性，人们是从各个不同学科的角度对其容进行研究，研究室各种微气候环境所形成的机理及其与人的生活环境、工作环境等相互间的关系。

第二章：建筑外环境1．与太阳的光辐射，气温、湿度，风和降水等因素有关。

2．以太阳通过某地区的子午线时为正午12点来计算一天的时间为平均太阳时；以本初子午线处的平均太阳时作为世界标准时（世界时）；以东经120℃的平均太阳时为中国标准（称为时间）。

3．相对位置可用纬度，太阳赤纬d，时角h，太阳高度角和方位角A表示，其中前三个参数、d、h是直接影响和A的因素，因为是表明观察点所在位置，d表明季节（日期）的变化；h是表明时间的变化。

当太阳离地球最远时，太是垂直于直射地面的，具有很高的辐射强度，所以最热而形成了夏至，当太阳距地球最近时，太是斜射地球表面的，其辐射强度很弱，因此最寒冷导致了冬至。

4．一部分为太阳直接照射到地面（即直射辐射）；另一部分是经过大气层散射后到达地面成为散射辐射，直射辐射与散射辐射之和称为太阳对地面的总辐射。

辐射能量的强弱取决于太阳辐射通过大气层时天空中各种气体分子、尘埃、微粒水粒对的反射，散射和吸收共同影响。

课后习题答案第二章建筑外环境1.为什么我国北方住宅严格遵守坐南朝北的原则，而南方（尤其是华南地区）住宅并不严格遵守此原则？答：我国分为严寒、寒冷、夏热冬冷和暖和地区，居住建筑一般总是希望夏季避免日晒，而冬季又能获得较多光照，我国北方多是严寒和寒冷地区，建筑设计时，必须充分满足冬季保暖要求，部分地区兼顾夏季防热，北部地区坐北朝南能够达到充分利用阳光日照采暖，能够减少建筑的采暖负荷，减少建筑采暖能耗，所以，我国北方住宅严格遵守坐北朝南的原则，而南方地区必须满足夏季防晒要求适当兼顾冬季保暖，所以南方住宅可以不遵守原则。

2.是空气温度的改变导致地面温度改变，还是地面温度的改变导致空气温度改变？答：互相影响的，主要是地面温度的改变对空气温度变化起主要作用，空气温度的改变一定程度上也会导致地面温度改变，因为大气中的气体分子在吸收和放射辐射时是有选择的，对太阳辐射几乎是透明体，只能吸收地面的长波辐射，因此，地面与空气的热量交换是气温上升的直接原因。

3.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？根据书中有效天空温度估算式（2-23）有效天空温度与近地面气温和空气的发射率有关，空气发射率又与露点温度有关，露点温度又与气温和相对湿度（或含湿量）有关，假定在晴朗的夏夜，气温为 25℃，相对湿度在30％-70％之间，则tdp＝6℃-19℃，有效天空温度tsky＝7℃-14℃。

在某些极端条件下，tsky可以达到0℃以下。

如果没有大气层，有效天空温度应该为0 K。

4.为什么晴朗天气的凌晨书页表面容易结露或结霜？答：晴朗天空的凌晨，温度较低，云层较薄，尘埃，微小水珠，气体分子较大，太阳辐射较小，树叶主要向天空辐射长波辐射，树叶温度低于露点温度，树叶表面容易结露或结霜。

5.采用低反射率的下垫面对城市热岛有不好的影响。

如果住宅小区采用高反射率的地面铺装是否能够改善住区微气候？为什么？答：其效果不是很好，由于城市建筑的密集，植被少采用高反射率的地面铺装，虽然减少了地面对辐射的吸收，但其反射出去的辐射仍会被建筑群所吸收，另外，由于逆温层的存在，其可能会导致空气温度的开高，从而不利于住区微气候的改善。

第二章 建筑外环境1. 地球绕日运动✧ 太阳的运动轨迹地轴与黄道平面的交角为23.5。

太阳的运动轨迹，北纬23.5。

至南纬23.5。

之间。

✧ 赤纬角)365284360sin(45.23n+⨯=δ，n 是计算日在一年之中的位置。

✧ 真太阳时6015eL L T T m m +-±=式中 T当地的真太阳时，h ；Tm 该时区的平均太阳时（该时区的标准时），h ； L当地子午线的经度，deg ；Lm 该时区中央子午线的经度，deg ； e时差，min ；对于东半球取正值，对于西半球取负值。

2. 太阳辐射✧ 辐射照度用于表示太阳辐射能量大小的量，指1m2黑体表面在太阳辐射下所获得的辐射能通量，单位W/m2。

地球大气层外与太阳光线垂直表面上的太阳辐射照度几乎全年不变。

在太阳与地球的年平均距离处，与太阳光线垂直的表面上，太阳辐射照度I0＝1353W/m2。

✧未通过大气层太阳辐射分布辐射波谱见书。

✧大气层对太阳辐射的吸收到底地面的太阳辐射能＝直射（直接照到地面）＋散射（经大气散射）+大气长波辐射（温室气体吸收长波辐射升温后再向地面辐射，是极为微小的一部分，可忽略）水平面上太阳直接辐射照度正比于太阳高度角与大气透明度。

大气消光系数与大气透明度大气层对辐射的衰减效应x xkI dx dI -= 式中I x ——距大气层上边界x 处的法向表面太阳直射辐射照度，W/m2k ——比例常数，m-1x ——太阳光线的行进路程，m0exp()X I I kx =-消光系数a kL = I 0——太阳常数L ——日射垂直于地面时太阳的辐射行程 k ——单位厚度消光系数 太阳位于天顶时，0exp()L I I a =-大气透明度0/exp()L P I I a ==-3. 室外气候✧ 大气压力大气压力可以看作是无数空气分子长时间持续的撞击物体所致。

将空气看做混合理想气体，压强p 公式：23i p n w -=⋅∑i n ——气体分子数密度，单位体积内的分子数，个/m 3；w -——分子平均动能，32w KT -=,231.380610/K J K -=⨯； T ——热力学温度。

《建筑环境学》课后习题答案第一章：绪论．所谓建筑环境学就是指在建筑空间内，在满足使用功能的前提下，如何让人们在使用过程中感到舒适和健康的一门科学。

根据使用功能的不同，从使用者的角度出发，研究室内的温度、湿度、气流组织的分布、空气品质、采光性能、照明、噪声和音响效果等及其相互间组合后产生的效果，并对此作出科学评价，为营造一个舒、健康的室内环境提供理论依据。

有等解决问题是：①如何解决满足室内环境舒适性与能源消耗和环境保护之间的矛盾；②如何解决“建筑病综合症”（–“”）的问题。

．研究的主要内容包括：建筑外环境、室内空气品质、室内热湿环境与气流环境，建筑声环境和光环境（即包含了建筑、传热、声、光、材料及生理学、心理学和生物学等多门学科的内容。

基于建筑环境学内容的多样性，相对独立性和应用的广泛性，人们是从各个不同学科的角度对其内容进行研究，研究室内各种微气候环境所形成的机理及其与人的生活环境、工作环境等相互间的关系。

第二章：建筑外环境．与太阳的光辐射，气温、湿度，风和降水等因素有关。

．以太阳通过某地区的子午线时为正午点来计算一天的时间为平均太阳时；以本初子午线处的平均太阳时作为世界标准时（世界时）；以东经℃的平均太阳时为中国标准（称为北京时间）。

．相对位置可用纬度，太阳赤纬，时角，太阳高度角和方位角表示，其中前三个参数、、是直接影响和的因素，因为是表明观察点所在位置，表明季节（日期）的变化；是表明时间的变化。

当太阳离地球最远时，太阳光是垂直于直射地面的，具有很高的辐射强度，所以最热而形成了夏至，当太阳距地球最近时，太阳光是斜射地球表面的，其辐射强度很弱，因此最寒冷导致了冬至。

．一部分为太阳直接照射到地面（即直射辐射）；另一部分是经过大气层散射后到达地面成为散射辐射，直射辐射与散射辐射之和称为太阳对地面的总辐射。

辐射能量的强弱取决于太阳辐射通过大气层时天空中各种气体分子、尘埃、微粒水粒对阳光的反射，散射和吸收共同影响。

第二章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，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。

第一节地球绕日运动的规律经度和纬度第一节地球绕日运动的规律时间地球每转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南北回归线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？第二节太阳辐射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。

太阳辐射能与太阳高度角大气质量m 太阳辐射照度与朝向北纬40°的总辐射照度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太阳高度角冬夏不同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级最透明我国的大气透明度分区太阳辐射能的去向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大气压力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 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℃。