建筑工程管理建筑热环境设计.docx

建筑工程管理建筑热环境设计.docx

《建筑工程管理建筑热环境设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑工程管理建筑热环境设计.docx（105页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

建筑工程管理建筑热环境设计

（建筑工程管理）建筑热环境设计

s`

建筑环境设计

建筑被动式热环境设计

（向外发的资料）

宿斌博士

Tel8154321ext7847,Fax8154343,bsu@unitec.ac.nz,

Room2042DBuildingone

Chapter1ClimateandBuildingThermalDesign

第一节气候和建筑热设计

1.1MainClimaticTypesforBuildingThermalDesign

建筑热设计的主要气候类型

Theprocessofidentifying,understandingandcontrollingclimaticinfluencesatthebuildingsiteisperhapsthemostcriticalpartofbuildingdesign.Thekeyobjectivesofclimaticdesigninclude:

可能在建筑设计中最关键的就是对建筑基地气候影响的认识，理解和控制的过程。

气候设计的主要宗旨包括：

∙Toreduceenergyconsumptionandcostofabuilding

减少能源浪费和建筑造价

∙Touse"naturalenergy"insteadofmechanicalsystemandpowe

用自然能源来取代人工机械系统

∙Toprovidecomfortableandhealthenvironmentforpeople

为人们提供健康舒适的环境

Forthepurposesofbuildingthermaldesignintheparticularlocation,theclimatesarecommonlyclassifiedasfourbasicclimatetypes（seeFigure1）:

为了达到在特殊地区建筑热设计的目的，气候通常被分为四个基本的类型（见表1）：

∙Coldclimate（cool）,冷气候

∙Temperateclimate（moderate）,温带（四季分明）气候

∙Hot-dryclimate（arid）干热气候

∙Warm-humidclimate（humidtropic）.湿热气候

Incoldclimate,themainproblemisthelackofheat（热量缺乏）（underheating）,oranexcessiveheatdissipation（过多的热量损耗）forallormostpartsoftheyear.Intemperateclimate,thereisaseasonalvariationbetweenunderheatingandoverheating,butneitherisverysevere.Inhot-dryclimate,themainproblemisoverheating,buttheairisdry,sotheevaporativecoolingmechanism（蒸汽冷却装置）ofthebodyisnotrestricted.Thereisusuallyalargediurnal（day-night）temperaturevariation.Inwarm-humidclimates,theoverheatingisnotasgreatasinhot-dryareas,butitisaggravatebyveryhighhumidity,restrictingtheevaporationpotential.Thediurnaltemperaturevariationissmall.

冷气候，主要的问题是全年或一年的大部分中热量缺乏，或者过度的热量损耗。

温带气候，在热量不足和过热之间有季节的变换，但并不会过度。

干燥气候，主要是过热，但是空气是干燥的，所以身体的蒸汽冷却装置是不受限制的。

并且通常有很大的昼夜温差。

湿热气候，不像干热气候那么热，但非常高的湿度恶化了气候，它限制了可能的蒸发作用。

昼夜温差很小。

Figure1

Climatezonesforbuildingthermaldesign

表1：

建筑热设计气候分区

1.1.1ColdClimate:

冷气候

Coldregionsaredefinedastheregionswithaveragetemperaturesduringthewintermonthsbelowfreezing0Candwithcooltocomfortablesummerconditions.Insuchregionsthemainclimaticdesignconcernsaretominimiseheatingenergyinthebuildings,preventdiscomfortfromdrafts,andminimisecolddiscomfortoutdoors.Summercomfortissuesintheseregionsareminorincomparisonwithwinterproblemsanditisassumedthatjustgoodventilationcanensureindoorcomfort.

冷气候被定义为，冬季各月的平均气温低于0度并且夏季凉爽的地区。

在这些地区气候设计主要关注于减小用于建筑加热的能量，阻止穿堂风带来的不舒适，并且减小户外的冷空气进入。

夏季的舒适性问题和冬季比起来是次要的，辅助的，并且大家认为只要有好的通风换气就能保证室内的舒适。

Outdoorcolddiscomfortisstronglyaffectedbythewindspeedwhich,togetherwiththeairtemperature,determinestheso-calledwind-chill.Hencetheimportanceofwindprotectioninopenpublicspacessuchasstreets,winterplaygrounds,andparkswithwinteractivities.

室外冷的不舒适度主要是被风速所影响，再加上空气温度，决定了所谓的寒风。

因此公共空间如街道，冬季运动场和带有冬季活动的公园的风的保护是很重要的。

NortheastChina,NorthEuropean,Russia,Canada,UnitedStates.

中国东北，北欧，俄罗斯，加拿大，美国。

1.1.2TemperateClimate:

温带气候

Regionswithcoldwintersandhot-humidsummersarefoundmainlyintheeasternpartsofcontinents（e.g.,inChina,Japan,andtheUnitedStates）betweenthelatitudesofapproximately30and45N.Throughoutthewholeclimatezonethesummersarehumidandwarmtohot,whilethewintersarecoldtoverycold,andsubstantialheatingisrequiredinthebuildings.Inthenorthernpartsofthisclimaticzonethewintersaremoreseverethanthesummers,whileinthesouthernpartssummersmaybethemostsevereseason.

冬季寒冷夏季湿热的地区主要分布在北纬约30-45度之间的大陆东部（比如，在中国，日本，美国的东部）

Summerdaytimetemperaturesinthisclimatictypeareoftenabove30C,accompaniedbyhighhumidity.Thesummerisalsotherainyseason.Wintersarecold,withtemperaturesoftenwellbelowthefreezinglevel.Thedominantwinddirectionsinregionswithhot-humidsummersandcoldwintersareoftendifferentinthetwoseasons.IntheeasternUnitedStates,thewinterwindsaremainlyfromtheNorthwestandinsummerfromthesouthandSouthwest.IneasternChinathewindsinwinteraremainlyfromthenorthandinsummermainlyfromtheSoutheast.Theseseasonalchangesofthewinddirectioncanbeutilisedinurbanandbuildingdesigntoenhancethewindinsummerandtosuppressitinwinter.

夏季白天的气温常高于30度，同时伴有高湿度。

夏季也是雨季。

冬季寒冷，温度常常低于结冰温度。

在夏季湿热冬季寒冷地区的主导风向在两个季节常常是不同的。

在美国东部，冬季主导风向来自西北，夏季来自南向和西南向。

这种风向的季节性变化在城市和建筑设计中可以用来提高夏季的风和抑制冬季的风。

1.1.3Hot-dryClimate:

干热气候

Hotdryregionsarefoundinthesubtropicallatitudes,approximatelybetween15and30degreesnorthandsouthoftheequator,incentralandwesternAsia,theMiddleEast,Africa,NorthandSouthAmerica,andincentralandNorthwestAustralia.Theseregionsarecharacterisedmainlybytheiraridity,highsummerdaytimetemperatures,largediurnaltemperaturerange,andhighsolarradiation.

干热地区分布在亚热带纬度，大约在赤道南北的15-30度内，在亚洲的中部和西部，中东，非洲，南北美洲，澳洲的中部和西北部。

这些地区的主要特点就是干旱，夏季白天很热，昼夜温差大，太阳辐射大。

Thearidityisaccompaniedbyseveralothercharacteristicsofimportancetohumancomfort,urbanplanning,andbuildingdesign.Directsolarradiationisasintenseastheradiationreflectedfromthelight-colouredandbareland.

干旱伴有对人的舒适性，城市设计和建筑设计很重要的其它特性。

太阳直射和赤裸的浅色地面的反射辐射一样剧烈。

Theskyisclearmostoftheyear,promotingsolarheatingduringthenights.Horizontalglobalradiationcanapproach1000W/m2andcontinuousnetlong-waveradiationlosscanbeabout100W/m2.Theresultisalargediurnaltemperaturecanreachinextremecasesupto50C,althoughinmanyhot-aridregionsthetypicalmaximumairtemperatureisabout35-40C.Minimumtemperaturesinsummerareabout25-30Cinthehotterregionsandabout18-22Cinthe"cooler"hot-dryones.Theroundsurfacetemperatureinsummermayreachupto70C.

一年中大部分时间天空都是晴朗干净的，促进了太阳能加热。

总辐射的水平能达到1000W/m,持续的长波辐射的热量丢失能达到100W/M。

结果是在极端情况下能达到50度的大的昼夜温差，即便在干热地区典型的最高气温在35-40度之间。

夏季最低气温在较热地区约25-30度，在较凉爽在区约18-22度。

地表最高温度夏季达70度。

Windsareusuallystrongduringthemiddayandafternoonhours,subsidingduringtheevening.However,somehot-dryregionsexperiencestrongwindsalsoduringthenighthours.

中午和下午风力通常很大，晚上风小。

然而，有些干热地区晚上的风也是很大的。

Thecommonfeaturesinmanyhot-dryregionsareduststorms,mainlyduringtheafternoons.Theduststormsconstituteoneofthemajordiscomfortandnuisancefactors.Toagreatextent,theirseverityandtheproblemstheycausecanbereducedbyappropriateurbanandbuildingdesignfeatures.

在大多数干热地区的普遍特点是沙尘暴，主要在下午发生。

沙尘暴是主要的让人不舒服和令人讨厌的因素之一。

在很大程度上，恰当的城市设计和建筑形体设计可以减少沙尘暴的严重性和带来的问题。

Sunlightreflectionforthebare,oftenlight-colouredgroundmayproduceintenseglarewhich,togetherwithreflectionfrombuilding'swalls,maycausevisualdiscomfortandsignificantradiantheatloadforwindowsandwalls.

太阳对于赤裸的，浅色的地面的反射会产生强烈的光刺激，结合来自建筑墙面的反射，将会导致视觉的不舒适并给窗户和墙面带来大量的热辐射负荷。

Inhot-dryregionsthesummeristhemorestressfulseason.Thereforethedesignofbuildingsandneighbourhoodsshouldaimmainlytominimiseindoorstressandmaximisecomfortduringthesummerperiod.However,someregionswhicharehotinsummermayexperiencecomfortablewinters,whileothersmayhavewintertemperatureswellbelowfreezing（e.g.,southernNewMexicointheUnitedStates,orthehighplateauofIran）.Insuchregionswinterperformanceshouldalsobeconsideredcarefullyinthedesignofbuildingsandurbanopenspaces.Becausewintertemperaturesvaryfromplacetoplace,heatingrequirementsmayvarygreatlyindifferenthot-dryregionsoftheworld.

在干热地区夏季是相对压较大的季节。

所以建筑的设计以及相邻建筑应该把主要目标放在减小室内的紧张并且最大化的使夏天过的舒服。

然而，一些夏季特特别热的地区可能会有一个舒服的冬季，这时其它地区的冬季温度却常常低于0度（比如，美国的新墨西哥南部，或伊朗地区的高原。

）。

这些这区的建筑设计和室外开放空间的冬季的性能也要仔细考虑。

由于各地区的冬季温度不同的，所以世界上的干热地区加热装置也是大不相同的。

1.1.4Hot-humidClimate:

湿热气候

Allregionswithhot-humidsummershavesomecommoncharacteristics.Therefore,theycanbesubdividedintoseveralclimatetypes.Adivisionwhichwouldbemeaningfulfromthebuildingdesignaspectisbetween,ontheonehand,equatorialandtropical-marineregions,whicharewarmyear-roundand,ontheotherhand,regionswithhot-humidsummersbutwithcooltocoldwinters.Equatorialandtropical-marineregionshavesimilartemperature,humidity,andrainfallconditionsbutaredifferentintheirwindconditions,afactorwhichshouldhaveanimpactonthedesignofbuildings.

湿热地区有一些共同的特征。

所以它们能够被再次分成几种气候类型。

一类地区是位于赤道和热带海洋性气候之间，这部分对建筑设计方面是有意义的，因为它们常年温暖，另一类地区有着湿热的夏天，但冬季很凉爽或者冷。

赤道和热带海洋地区有着相似的温度，潮湿度和下雨量。

但风的状况是不同的，这是建筑设计中要考虑的一个因素。

Theequatorialclimatetypeextendsalonga"stripofuptotento15degreesoneithersideoftheequator:

inSoutheastAsia,NortheastAustralia,Micronesia,Africa,andCentreandSouthAmerica.Thetropical-marineclimateisfoundalongtheeasternmarginsofsouthernAfricaandSouthAmerica.Regionswithhot-humidsummersbutwithcoolwintersarefound,forexample,inSoutheastChinaandintheSoutheastUnitedStatesalongtheGulfofMexico（Florida,Georgia,Alabama,Louisiana,andTexas）.EvenmorenorthernareasintheNorthernHemisphere,suchasTemmessee,TheCarolinas,andVirginia,intheUnitedStatesandeastChina,andcentralandsouthernJapan,whichhavecoldwinters,arequitehot-humidduringthesummers.

Themainclimaticfeaturescharacterisingtheequatorialandthetropicalmarineclimatesaretherelativeconstancyoftheannualaveragetemperatureandhumidity.Whileday-todayvariationsmaybesignificant,themonthlyaveragesarealmostconstant.Theannualmeantemperatureisabout27Candtherangeoftheaveragemonthlytemperatureisabout1-3C.Thediurnaltemperatureswing,ontheotherhand,isabout8C.Averagemaximumtemperaturesareabout30C,butoncleardaysmayreachabout38C.

Humidityandrainfallarehighmostoftheyear.Thespecifichumidityamountofwatervapourinaunitmassof