建筑氣象學(xué)

建筑氣象學(xué)是研究氣象對(duì)建筑的影響和建筑的氣象效應(yīng)的一門(mén)學(xué)科。在設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，除須考慮地震因素外，還須考慮風(fēng)荷載等氣象因素的影響。此外，不合理的建筑布局會(huì)導(dǎo)致空氣污染加重。因此,如何正確使用氣象資料,保證建筑設(shè)計(jì)既安全、經(jīng)濟(jì)和實(shí)用，又有合理的布局，形成良好的氣象效應(yīng)，是建筑氣象學(xué)的研究?jī)?nèi)容。

古人為抗御風(fēng)、雨、寒、暑創(chuàng)造了供自己休息的原始住所──巢、穴和窩等，這就是人類歷史上最早出現(xiàn)的建筑雛型。隨著社會(huì)的發(fā)展和生產(chǎn)、生活的需要，逐步發(fā)展了適應(yīng)不同氣象條件的建筑。如中國(guó)古書(shū)《墨子》中說(shuō)到:“為宮室之法曰：高,足以避潤(rùn)濕；邊，足以圉(抵御)風(fēng)寒；上，足以待雪、霜、雨、露?！边@是在建筑中考慮氣象因素的記述之一。北宋初年，著名的木結(jié)構(gòu)建筑匠師喻浩，在宋都東京（今開(kāi)封）建造八角形、高36丈（120米）的開(kāi)寶寺塔（靈感塔）時(shí),根據(jù)當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)速的方向?yàn)槲鞅憋L(fēng)的特點(diǎn)，將塔身略傾斜于西北方，以抵抗風(fēng)壓力的作用，這是建筑史上最早考慮風(fēng)壓的建筑物。

20世紀(jì)40年代后，隨著大型工業(yè)企業(yè)、超高層辦公樓和超級(jí)旅館等大型建筑物的不斷出現(xiàn)，氣象因素對(duì)建筑的影響越來(lái)越受到重視。如1940年美國(guó)華盛頓州的塔康馬懸橋，在風(fēng)的動(dòng)力作用下被摧毀；1965年英國(guó)費(fèi)爾橋電廠的冷卻塔群中的三個(gè)，在大風(fēng)中倒塌。這些事故促使人們?cè)诮ㄖO(shè)計(jì)中，要進(jìn)一步考慮風(fēng)力與建筑物的共振作用。1963年，國(guó)際上曾專門(mén)召開(kāi)“風(fēng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響討論會(huì)”（1979年易名為“風(fēng)力工程學(xué)會(huì)”）。此外,還逐步展開(kāi)了建筑氣象的實(shí)測(cè)工作,如測(cè)量建筑物的風(fēng)壓和風(fēng)振等。隨著現(xiàn)代建筑科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為設(shè)計(jì)和建造在不同氣象條件下的良好的室內(nèi)小氣候環(huán)境，無(wú)論在城市規(guī)劃，建筑設(shè)計(jì)，以至建筑的形式和材料，建筑工藝和施工等方面都要掌握各地區(qū)天氣氣候的規(guī)律。

城市規(guī)劃與氣象：在全年只有一個(gè)盛行風(fēng)向的地區(qū)，工業(yè)區(qū)常設(shè)在盛行風(fēng)向的下風(fēng)側(cè),居住區(qū)在其上風(fēng)側(cè),以避免工業(yè)區(qū)向大氣排放的有害物對(duì)居民區(qū)的影響。在季風(fēng)區(qū),由于冬季和夏季的風(fēng)向基本上相反,故將工業(yè)區(qū)布置在最小風(fēng)頻的方位，而把居住區(qū)設(shè)在最小風(fēng)頻的下風(fēng)方位，使居住區(qū)的空氣受污染的程度最小。在建筑規(guī)劃或設(shè)計(jì)時(shí),不但要考慮大氣候的影響,還要考慮與局地環(huán)境條件有關(guān)的氣候特征的影響，如“城市熱島”、“城市風(fēng)”；山區(qū)工廠排放的熱量，可使近地面層熱狀況改變，引起逆溫強(qiáng)度變?nèi)?、逆溫中心抬高。逆溫時(shí)，大氣穩(wěn)定，污染物質(zhì)很難擴(kuò)散，在工廠設(shè)計(jì)時(shí)，煙囪有效高度通常應(yīng)達(dá)逆溫層之上。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與氣象：
①風(fēng)壓。它是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中側(cè)向載荷的一種主要基本數(shù)據(jù)，建筑設(shè)計(jì)中必須考慮風(fēng)荷載。風(fēng)壓是垂直于氣流方向的平面上所受到的壓強(qiáng)。各國(guó)對(duì)氣流的取值方法不盡相同，中國(guó)規(guī)定用一般空曠平坦地面，離地10米高處，30年一遇的自記10分鐘平均最大風(fēng)速。在設(shè)計(jì)中，若風(fēng)壓取值偏低，則建筑物的安全就無(wú)保障；若取值合理，則既安全，又可以節(jié)約資金。

②雪壓。它是單位面積上的雪重，即積雪深度和積雪密度的乘積。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中雪壓是鉛直荷載的一種主要數(shù)據(jù)。中國(guó)規(guī)定用一般空曠平坦地面上30年一遇的最大積雪重量(公斤/米2)。在計(jì)算雪壓時(shí)，還要考慮降雪時(shí)的風(fēng)速。風(fēng)可引起雪花飄移，使屋面積雪重新分布，沒(méi)有障礙物的屋面上的積雪比地面少，有障礙物的部位積雪比地面多。西歐冬季降雪大的地區(qū)，為了減少積雪，其屋面坡度一般為60°,以使屋面積雪下滑而減小雪壓。

采暖、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)、采光與氣象 　在工業(yè)和民用建筑設(shè)計(jì)中，為了滿足生產(chǎn)和人民生活的需要，設(shè)置必要的采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)設(shè)備，使室內(nèi)在不同的季節(jié)均能保持一定氣溫、相對(duì)濕度、空氣流速和清潔度。

建筑氣象學(xué)采暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)均需消耗能源，既不要浪費(fèi)能源，又要滿足生產(chǎn)和生活的需要，就需根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，即當(dāng)?shù)囟嗄甑臍庀笥^測(cè)資料來(lái)設(shè)計(jì)。如冬季采暖期的長(zhǎng)短根據(jù)日平均氣溫低于某一界限的天數(shù)來(lái)確定(中國(guó)取日平均氣溫等于和低于5°C的天數(shù));采暖的室外計(jì)算溫度是根據(jù)最冷月平均氣溫和最低日平均氣溫等項(xiàng)目綜合計(jì)算得出的，計(jì)算溫度越低，表示需設(shè)計(jì)的采暖負(fù)荷越大，消耗能源越多。由于各國(guó)的情況不同（能源消耗水平不同），所選用的標(biāo)準(zhǔn)差異很大。冬季空調(diào)室外計(jì)算溫度同采暖室外計(jì)算溫度類似，只不過(guò)要求更高些，即一般設(shè)計(jì)的負(fù)荷均大于采暖設(shè)計(jì)的負(fù)荷，換言之，空調(diào)室外計(jì)算溫度低于采暖室外計(jì)算溫度。夏季空調(diào)室外計(jì)算溫度，根據(jù)當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄鶜鉁睾蜆O端最高氣溫等項(xiàng)目綜合計(jì)算得出，計(jì)算溫度越高，表示需要設(shè)計(jì)的空調(diào)負(fù)荷越大,消耗能源越多。夏季通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),除需考慮最高溫度外，尚需考慮相對(duì)溫度的大小。

在冬季建筑物的采暖、失熱計(jì)算中，還需考慮太陽(yáng)輻射對(duì)各朝向不同表面引起的溫度差異。向陽(yáng)面溫度高；對(duì)透明的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，太陽(yáng)輻射還可直接射入室內(nèi)。所以在冬季采暖和通風(fēng)系統(tǒng)的熱負(fù)荷設(shè)計(jì)中，要作朝向修正。夏季太陽(yáng)輻射熱通過(guò)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)，使室內(nèi)加熱，這是空調(diào)室內(nèi)冷負(fù)荷時(shí)需考慮的因素。為盡量利用氣象條件，常在建筑布局上充分考慮自然調(diào)節(jié)的作用，如中國(guó)東北、西北和華北的建筑外墻厚，北窗小,街道走向多采用正南正北、正東正西向，以充分利用陽(yáng)光。在天氣炎熱雨季較長(zhǎng)的地區(qū)，房屋高敞開(kāi)朗，出檐深，有陽(yáng)臺(tái)凹廊，門(mén)窗多對(duì)著開(kāi)，以利通風(fēng)降溫。東南沿海城市，街道走向多采用東南朝向，以利用夏季來(lái)自海洋的夏季風(fēng)，而求得涼爽。西南地區(qū)的干欄、竹樓，可防潮濕和強(qiáng)烈日光照射。新疆吐魯番地區(qū)按小天井院落布局的土拱住宅，既可減少日照，又有良好隔熱性能。印度沿海地區(qū),房屋窗戶很少，房頂上的出氣孔面對(duì)海風(fēng),以利于房屋的通風(fēng)。

室內(nèi)良好的光照是保證人們正常工作、學(xué)習(xí)和生活的必要條件之一，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮室外的照度及其日變化。在居住區(qū)的平面布置中，房屋的間距都必須根據(jù)全年不同季節(jié)的太陽(yáng)光入射角來(lái)確定。

地基、管道工程、建筑施工與氣象：①凍土深度是決定地基基礎(chǔ)埋置深度的因素之一。為確保各種工程的地基基礎(chǔ)和排水給水、煤氣管道不致凍脹而破壞，必須埋置在凍土層以下的深度。②建筑施工要避開(kāi)最可能出現(xiàn)不利天氣的時(shí)段，雨季需考慮防雨施工措施，否則會(huì)使重型裝備擱淺而無(wú)法使用，阻礙工程進(jìn)度。冬季施工需按混凝土的水化作用和氣溫的關(guān)系采取適當(dāng)措施。高空作業(yè)的時(shí)候，更需要考慮短期天氣預(yù)報(bào)，特別是大風(fēng)預(yù)報(bào)。

利用太陽(yáng)能采暖和空調(diào)的試驗(yàn)研究進(jìn)展很快，已建造了不少被動(dòng)式太陽(yáng)能房和主動(dòng)式太陽(yáng)能房。主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)，一般同夏季空調(diào)和生活熱水供應(yīng)結(jié)合在一起。在建筑上如何充分利用太陽(yáng)能，以達(dá)到節(jié)能的目的，是世界各國(guó)建筑氣象學(xué)研究的新課題之一。