建築氣象學

古人為抗禦風、雨、寒、暑創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的建築雛型。隨着社會的發展和生產、生活的需要，逐步發展了適應不同氣象條件的建築。如中國古書《墨子》中説到“為宮室之法曰：高，足以避潤濕；邊，足以圉(抵禦)風寒；上，足以待雪、霜、雨、露”，這就是在建築中考慮氣象因素的記述之一。

北宋初年，著名的木結構建築匠師喻浩，在宋都東京(今開封)建造八角形、高36丈(120米)的開寶寺塔(靈感塔)時，根據當地最大風速的方向為西北風的特點，將塔身略傾斜於西北方，以抵抗風壓力的作用，這是建築史上最早考慮風壓的建築物。

二十世紀40年代後，隨着大型工業企業、超高層辦公樓和超級旅館等大型建築物的不斷出現，氣象因素對建築的影響越來越受到重視。如1940年美國華盛頓州的塔康馬懸橋，在風的動力作用下被摧毀；1965年英國費爾橋電廠的冷卻塔羣中的三個，在大風中倒塌。這些事故促使人們在建築設計中，要進一步考慮風力與建築物的共振作用。

隨着現代建築科學技術的發展，為設計和建造在不同氣象條件下的良好的室內小氣候環境，無論在城市規劃、建築設計，以至建築的形式和材料、建築工藝和施工等方面，都要掌握各地區天氣氣候的規律。 ^[1] 

在全年只有一個盛行風向的地區，工業區常設在盛行風向的下風側，居住區在其上風側，以避免工業區向大氣排放的有害物對居民區的影響；在季風區，由於冬季和夏季的風向基本上相反，故將工業區佈置在最小風頻的方位，而把居住區設在最小風頻的下風方位，使居住區的空氣受污染的程度最小；在建築規劃或設計時，不但要考慮大氣候的影響，還要考慮與局地環境條件有關的氣候特徵的影響，如“城市熱島”“城市風”等；山區工廠排放的熱量，可使近地面層熱狀況改變，引起逆温強度變弱、逆温中心抬高，逆温時，大氣穩定，污染物質很難擴散，在工廠設計時，煙囱有效高度通常應達逆温層之上。

風壓是建築結構設計中側向載荷的一種主要基本數據，建築設計中必須考慮風荷載。風壓是垂直於氣流方向的平面上所受到的壓強。在設計中，若風壓取值偏低，則建築物的安全就無保障；若取值合理，則既安全，又可以節約資金。

雪壓是單位面積上的雪重，即積雪深度和積雪密度的乘積。在建築結構設計中，雪壓是鉛直荷載的一種主要數據。計算雪壓時，還要考慮降雪時的風速，風可引起雪花飄移，使屋面積雪重新分佈，沒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，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。

在工業和民用建築設計中，為了滿足生產和人民生活的需要，設置必要的採暖、通風和空氣調節設備，使室內在不同的季節均能保持一定氣温、相對濕度、空氣流速和清潔度。

採暖、通風和空調系統均需消耗能源，既不要浪費能源，又要滿足生產和生活的需要，就需根據當地的氣候條件，即當地多年的氣象觀測資料來設計。如冬季採暖期的長短根據日平均氣温低於某一界限的天數來確定(中國取日平均氣温等於和低於5°C的天數);採暖的室外計算温度是根據最冷月平均氣温和最低日平均氣温等項目綜合計算得出的，計算温度越低，表示需設計的採暖負荷越大，消耗能源越多。由於各國的情況不同（能源消耗水平不同），所選用的標準差異很大。冬季空調室外計算温度同採暖室外計算温度類似，只不過要求更高些，即一般設計的負荷均大於採暖設計的負荷，換言之，空調室外計算温度低於採暖室外計算温度。夏季空調室外計算温度，根據當地最熱月平均氣温和極端最高氣温等項目綜合計算得出，計算温度越高，表示需要設計的空調負荷越大,消耗能源越多。夏季通風系統的設計,除需考慮最高温度外，尚需考慮相對温度的大小。

在冬季建築物的採暖、失熱計算中，還需考慮太陽輻射對各朝向不同表面引起的温度差異。向陽面温度高；對透明的外圍護結構，太陽輻射還可直接射入室內。所以在冬季採暖和通風系統的熱負荷設計中，要作朝向修正。夏季太陽輻射熱通過外圍護結構傳入室內，使室內加熱，這是空調室內冷負荷時需考慮的因素。為儘量利用氣象條件，常在建築佈局上充分考慮自然調節的作用，如中國東北、西北和華北的建築外牆厚，北窗小,街道走向多采用正南正北、正東正西向，以充分利用陽光。在天氣炎熱雨季較長的地區，房屋高敞開朗，出檐深，有陽台凹廊，門窗多對着開，以利通風降温。東南沿海城市，街道走向多采用東南朝向，以利用夏季來自海洋的夏季風，而求得涼爽。西南地區的幹欄、竹樓，可防潮濕和強烈日光照射。新疆吐魯番地區按小天井院落佈局的土拱住宅，既可減少日照，又有良好隔熱性能。印度沿海地區,房屋窗户很少，房頂上的出氣孔面對海風,以利於房屋的通風。

室內良好的光照是保證人們正常工作、學習和生活的必要條件之一，在建築設計時必須考慮室外的照度及其日變化。在居住區的平面佈置中，房屋的間距都必須根據全年不同季節的太陽光入射角來確定。

①凍土深度是決定地基基礎埋置深度的因素之一。為確保各種工程的地基基礎和排水給水、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建築施工要避開最可能出現不利天氣的時段，雨季需考慮防雨施工措施，否則會使重型裝備擱淺而無法使用，阻礙工程進度。冬季施工需按混凝土的水化作用和氣温的關係採取適當措施。高空作業的時候，更需要考慮短期天氣預報，特別是大風預報。

利用太陽能採暖和空調的試驗研究進展很快，已建造了不少被動式太陽能房和主動式太陽能房。主動式太陽能採暖系統，一般同夏季空調和生活熱水供應結合在一起。在建築上如何充分利用太陽能，以達到節能的目的，是世界各國建築氣象學研究的新課題之一。 ^[2] 

北京的四合院是單體封閉的院落，北房是正房高度高，窗户大，北面一般不開窗或開小窗，利於避寒風，南面門窗大，便於吸收太陽輻射熱。四合院的南房和東西廂房低矮，一方面不影響北京冬季室內有足夠日照，另一方面，由於北房高大屏蔽了西北風，使院子免受寒風和風沙直接襲擊。院外風沙彌漫，院內風小沙少。

長江中下游民居建築着重通風、避雨、防潮，南北牆多對開窗户，以利穿堂風。房屋朝向考慮夏季東南風為主導風向，利於自然通風並避免過多的太陽輻射熱，所以房屋朝向以南偏東為主，如上海、蘇州的房屋朝向以南偏東15°，南京南偏東8°等。為避雨遮陽，檐口伸出較遠，這裏年降水量在1000mm以上，年降水日數在125 d以上。挑檐不但使房屋防潮，而且檐下也是雨天人們活動或生產的場所。

雲南西雙版納傣族多居竹樓。當地盛產竹林木材，當地人利用江邊山坡構築架空樓房，也稱吊腳樓。這裏年降水量在1000 mm以上，全年各月平均相對濕度在70%左右，竹樓有通風防潮的特點。

新疆吐魯番是世界上著名的窪地，低於海平面154m，四周高山環繞，7月平均氣温33.5℃，極端最高氣温47.7℃，夏季極端酷熱，年降水量僅14.9 mm，相對濕度40%，所以不但熱且乾燥，著稱。火洲"就是這樣而得名。這裏的土坯、土拱建築主要在於隔熱、降温，而無需防潮。由於氣温太高也就不利用自然通風降温，而是利用很厚的土坯牆、土拱屋頂以及門低窗小來隔絕室外熱空氣和太陽輻射的侵入。為了減少太陽輻射，房屋往往建在半地下室以避夏熱，同時，建築物普遍設置外廊，利用葡萄攀藤綠化以遮避陽光，降低夏季高温。

我國東北冬季寒冷且時間長，夏季短暫，房屋建築以防寒保温為主。民間建築外牆較厚，北面不開窗或開小窗，以減弱冷空氣的襲擊，窗户都是雙層玻璃，因冬季太陽高度角較小，房屋南面開大窗，以保證屋內有充足日照，既能殺菌又能增温。東北是我國最大雪壓區，所以屋頂結構較堅實都能承受較大雪壓。 ^[1] 

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