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2.1 地球绕日运动的规律在线视频

下一节:太阳辐射

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2.1 地球绕日运动的规律课程教案、知识点、字幕

同学们好

我是清华大学的林波荣

欢迎大家继续参加建筑环境学课程的学习

今天我们这一章开始讲建筑外环境

上节课跟大家介绍了

建筑环境学涉及的内容

其中有两方面要请大家特别关注

一个涉及人

另外一个涉及到室外气候

也就是室外环境

这两部分都是建筑环境学

较为关键的知识点

为什么要考虑建筑外环境呢

原因是

建筑物所处的地方气候条件不同

建筑外部的环境会通过围护结构

影响室内的环境

影响建筑运行能耗

还会影响人们室内的舒适度

所以呢

为了得到良好的室内环境条件

满足人们生活生产的需要

我们就必须要了解当地各主要气候要素的

变化规律和气候特征

这事实上也是建筑适应气候的体现

上一节课朱老师给大家介绍了

各地民居的建筑空间形式

大家回忆一下

事实上这些民居的功能都是一样的

但是在建筑形式上千差万别

其中最主要的一个原因

就是气候条件差别的影响

所以需要同学们准确地了解

各地的气候条件

才能掌握好如何设计和控制建筑室内环境

一个地区的气候

是在许多因素综合作用下形成的

本课程主要关心的是太阳辐射 气温

湿度 风和降雨等

本章主要介绍宏观气候和微观气候

及气候分区三部分内容

所谓宏观气候指的是

纯粹老天爷的影响造成的

太阳辐射作用于地球气候的特点

包括地球的运动规律 太阳辐射 室外气候

室外宏观气候因素我们主要考虑的是

大气压力 风 气温 天空温度 地温 湿度和降水

微观气候不同于宏观气候

我们人自己影响的过程

其实就是微观气候

它指的是人类在营造活动过程中

造成的局部微气候

包括一个城市的风场 城市的热岛 建筑的日照

这些是我们人类建筑 城市生活形成的东西

古诗有云

城市尚余三伏热

秋光先到野人家

早穿皮袄午穿纱

围着火炉吃西瓜

还有呢 像南枝向暖北枝寒

一样春风有两般

这些事实上都是微观气候的体现

这张图非常形象地把

各种可能影响建筑室内环境的

宏观和微观气候参数

以及各种自然界可利用的自然能源

综合表示了出来

概括的说

就是天 地 水 气四部分

它们的温度代表了

自然界可利用能源的潜力

也是实现建筑节能甚至是营造

零能耗建筑的可能手段

以后大家学习供暖空调相关课程的时候

还会学到

下面开始本次课程的第一节

地球绕日运动的规律

这部分内容实际上很多同学

在中学的自然课已经有所接触

但是我们今天还是要挑一些和我们专业

和建筑环境学这门课有关系的内容

再复习一下

首先介绍一下经度和纬度

地球上任何一点的位置

都可以用地理的经度和纬度来表示

一切通过地轴的平面和地球的表面

相交而成的圆叫经度圈

经度圈都通过地球两极

因而都在南北极相交

这样每个经圈都被南北两极等分成

两个180 °的半圆

这样的半圆叫做经线

或子午线

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

一切垂直于地轴的平面和地球表面

相割而成的圆

都是纬线

它们彼此是平行的

其中通过地心的纬线叫做赤道

经度是以伦敦的

格林尼治天文台本初子午线为零度

分为东经与西经

中国在东半球

也就是在东经

不同的经线和纬线

分别以不同的经度和纬度来区分

所谓经度

就是本初子午线所在的平面

与某地子午线所在平面的夹角

因此经度以本初子午线为零度线

自零度线向东为东经

向西为西经

而纬度则是地球表面某地的本地法线

也就是地平面的垂线与赤道平面的夹角

类似的 也分为南纬和北纬

地球中心和太阳中心的连线

与地球赤道平面的夹角

我们称之为赤纬

由于地轴的倾斜角永远保持不变

致使赤纬随地球在公转轨道上的位置

也就是日期的不同而变化

全年的赤纬在+23.5°到-23.5°之间变化

进而形成了一年中春 夏 秋 冬四季的更替

赤纬可以用以下的一个简化公式来计算

式子里面的n指的是计算日

在一年中的日期的序号

赤纬从赤道的平面算

向北的话为正 向南的话为负

我们知道春分之后

赤纬就会逐渐地增加

到了夏至达到最大的+23.5°

这个时候太阳光线正好直射地球北纬23.5°

即北回归线上

以后赤纬一天一天地变小

秋分日的赤纬又变回到0°

进一步的细分

这就是我们中国传统的24节气的概念了

下面着重给大家介绍的是真太阳时的概念

我们都知道时区

而中国跨越了5个时区

但事实上统一使用的是北京时间

也就是东八区的时间

美国则不同

它有东部时间 有西部时间

但是对于我们这个专业来说

在做建筑负荷计算的时候

不同地方

不一定都是中午12点太阳辐射最强

北京是这样

乌鲁木齐就完全不同

其中最主要的原因在于时间的差别

所以我们有一个真太阳时的概念

这个跟标准的时间不一样

大家一定要意识到这一点

真太阳时是以当地太阳位于正南的瞬时

作为正午12点

而地球每自转15°就变化1个小时

但是由于太阳与地球之间的距离

和相对位置还随时间是在变化的

同时地球的赤道和黄道平面是不一致的

这样的话 会致使当地的子午线

与正南方向有一定的差异

所以真太阳时比当地的平均太阳时

也就是我们所谓的钟表的时间

有时候会快一些

有时候会慢一些

我们要准确地计算某地的真太阳时T

可以按照下面这么一个公式来计算

这个式中的T 指的是当地的真太阳时

Tm是该时区的平均太阳时

或者说是该时区的标准时间

L指的是当地子午线的经度

对应的Lm 是该时区中央子午线的经度

e指的是时差

它的单位是min

由于地球是椭圆

致使真太阳时

和当地的平均太阳时之间有一个差值

如果我们不考虑这个时差e

无们计算得到的就是

当地的地方平均太阳时

也就是我们的钟表时间

所以让同学们自己想一个问题

西安的真太阳时和北京的时间差是多少

如果将真太阳时用角度来表示的时候

我们就把它给称之为太阳时角

简称为时角 可以用h来表示

这张图给大家展示了一下这个关系

如图中的OP线在地球赤道平面上的投影

与当地时间12点时

日和地中线连线

在赤道平面上的投影之间的夹角

就是我们说的时角

在地球上 同一时刻

对于同一经度 不同纬度的人来说

太阳对应的时角是相同的

时角的计算公式如下

我们看起来很复杂

其实就等于15×真太阳时与12的差值

大家想一想为什么

需要注意的是

在中国地区 我们经常使用的是北京时间

不是当地时间

也就是不是真太阳时

中国的地域非常广阔

东西时差可达到4个小时

因此我们在进行日照分析的时候

一定要采用当地时间

否则可能会出问题

建筑的采光和得热都跟太阳的位置有关

一旦知道不同季节

典型的天 或者典型时刻的太阳位置

我们就可以进行建筑的朝向

建筑的间距

以及它的周围的阴影区范围的计算

进而的话进行建筑的日射得热量

空调负荷的计算

以及自然采光的设计

那么太阳的位置通常用两个角度来表示

一个是太阳的高度角

一个就是太阳的方位角

太阳的高度角指的是太阳的光线

与水平面之间的夹角

这个很好理解

而太阳的方位角

是太阳到地面上

某个给定点之间的连线在地面上的一个投影

与当地子午线(南向)的夹角

太阳的高度角 我们用β来表示

方位角 用A来表示

我们可以用下面的一个公式来进行一个示意

在介绍这部分的知识点的时候

同学们可能会看到很多个角度的概念

以及一系列的三角公式

可能都晕了

但是其实都不难

对比微分方程其实很简单

我们课上的关键就是帮助大家

把这些角的概念搞清楚

例如给大家提两个问题

赤纬角和太阳的高度角有什么区别

时角h和太阳的方位角A有什么区别

建筑环境学课程列表:

第一讲 绪论

-1.1 建筑环境与人类文明发展

--建筑环境与人类文明发展

-1.2 适应气候的传统民居建筑

--适应气候的传统民居建筑

-1.3 适应气候的各类传统建筑

--适应气候的各类传统建筑

-1.4 本课程的任务与重要性

--本课程的任务与重要性

-补充视频资料

--《走近科学》传统民居--四合院

--《走近科学》传统民居--土窑洞

--CCTV《走进突尼斯》第1集:祖先的窑洞

-练习题

--练习题--作业

第二讲 建筑外环境

-2.1 地球绕日运动的规律

--2.1 地球绕日运动的规律

-2.2 太阳辐射

--太阳辐射

-2.3.1 室外气候

--室外气候

-习题2.1

--习题2.1--作业

-2.3.2 室外气候

--室外气候

-2.4 城市气候

--城市气候

-习题2.2

--习题2.2--作业

-补充视频资料

--CCTV《走近科学》山东交通学院图书馆

第三讲 建筑热湿环境

-3.1 基本概念与术语

--基本概念与术语

-3.2 得热与来源

--得热与来源

-3.3 围护结构的热工特性

--围护结构的热工特性

-3.3.1 通过非透光围护结构的传热过程

--通过非透光围护结构的传热过程

-思考题3.1

--思考题3.1-室外空气综合温度

-思考题3.2

--思考题3.2-夜间辐射

-思考题3.3

--思考题3.3-白屋顶与金属屋顶

-习题3.1

--习题3.1--作业

-3.3.2 通过透光围护结构的传热过程

--通过透光围护结构的得热

--玻璃窗的种类与热工性能

-3.4冷负荷与热负荷的基本原理

--3.4.1基本原理

--3.4.2辐射空调与动态环境的冷负荷

--3.4.3透过非透光围护结构的得热

-思考题3.4

--思考题3.4-LowE玻璃

-习题3.2

--习题3.2--作业

-3.5 负荷的计算方法

--3.5.1典型负荷计算方法和原理

--3.5.2积分变换法原理

--3.5.3反应系数法原理

--3.5.4谐波反应法原理

--3.5.5计算机模拟分析软件

-思考题3.5

--思考题3.5-动态和稳态负荷计算

-习题3.3

--习题3.3--作业

第四讲 人体对热湿环境的反应

-4.1.1 人体热平衡

--人体代谢与体温

--人体与外界的热交换

--服装的作用

--人体的能量代谢

--人体对外的散热方式

-4.1.2 温度感受系统与调节系统

--温度感受系统与调节系统

-习题4.1

--习题4.1--作业

-4.1.3 热感觉与热舒适

--热感觉

--热舒适

--影响热舒适的因素

-4.2 人体对稳态热环境的反应

--热舒适方程与PMV

--其它稳态热反应评价指标

-讨论1

--讨论4.1.1-出汗率与皮肤湿润度

--讨论4.1.2-湿度与呼吸散热

-习题4.2

--第四讲 人体对热湿环境的反应--习题4.2

-4.3 人体对动态热环境的反应

--人体对动态热环境的反应

-4.4 其他热湿环境的物理变量

--其他热湿环境的物理变量

-4.5 热环境与劳动效率

--热环境与劳动效率

-4.6 人体热调节的数学模型

--人体热调节的数学模型

-讨论2

--讨论4.2.1-动态热舒适

-习题 4.3

--习题 4.3--作业

-讨论题:防疫工作服为什么让人感到闷热

-讨论题:如何利用有限的材料快速给自己降温

-讨论:热舒适与热中性的关系

第五讲 室内空气质量

-5.1 概论

--概论

-5.2 室内空气污染源和污染途径

--室内空气污染源和污染途径

-5.3 室内空气污染对人体健康的影响

--室内空气质量对人体的影响

--室内空气污染物对人体影响的生理基础

--各种空气污染物对人体健康的危害(1)

--各种空气污染物对人体健康的危害(2)

-习题5.1

--习题5.1--作业

-5.4 室内空气质量评价方法与标准

--室内空气质量评价方法与标准(1)

--室内空气质量评价方法与标准(2)

-5.5 室内空气污染的控制方法

--室内空气污染的控制方法(1)

--室内空气污染的控制方法(2)

-习题5.2

--第五讲 室内空气质量--习题5.2

第六讲 室内空气环境营造的理论基础

-6.1 概述

--概述

-6.2 室内空气环境营造方法

--室内空气环境营造方法

-习题6.1

--习题6.1--作业

-6.3 基本原理:稀释与置换

--基本原理:稀释与置换

-6.4 室内空气环境的评价指标

--理想稀释与置换时的描述参数

--送风有效性的描述参数

--污染物排除有效性的描述参数

-6.5 主要评价测量指标的测量方法

--主要评价测量指标的测量方法

-习题6.2

--第六讲 室内空气环境营造的理论基础--习题6.2

第七讲 建筑声环境

-7.1 声波的基本物理性质

--声波的基本物理性质

-7.2 人体对声环境的反应原理和噪声评价

--人体对声环境的反应原理和噪声评价

-7.3 声音传播与衰减的原理

--声音传播与衰减的原理

-7.4 材料与结构的声学性能

--材料与结构的声学性能

-7.5 噪声的控制与治理方法

--噪声的控制与治理方法

-习题7

--第7讲 建筑声环境--习题7

-讨论题:生活中的降噪措施

第八讲 建筑光环境

-8.1 光的性质与度量

--光的性质与度量

-8.2 视觉与光环境

--视觉与光环境

-8.3 天然采光

--天然采光

-8.4 人工照明

--人工照明

-8.5 光环境控制技术的应用

--光环境控制技术的应用

-习题8

--第8讲 建筑光环境--习题8

期末考

-期末考

2.1 地球绕日运动的规律笔记与讨论

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