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接地大气层中的特征热过程研究’ [摘要]这篇文章对接地大气层在高层建筑旁的热过程，提出7若干对建筑设 计有用的科学信息，证明高层建筑能设计成有好的室内空气质量和冬暖夏凉的建 筑物。 -E关键督卜接地大气温度梯度的机理 高层建筑上的热环境 四合院天井中的热 条件 一、引言 现代人类社会的发展，需要致力于人类活动的空间开发和利用。传统的是沿地面开 发利用，但地面的良田好土是要安排农、牧、林等各业利用太阳能生产的，不能过多 挪用它。因此，地下空阔和地上空间的开发是有战略意义的资源利用。但地下空间的 开发有成洞、通风、防潮和采光的问题，投资建设成本高，而地上空间的开发比地 下空问有利得多，只要地基坚固，结构牢靠，房屋向高层发展的问题比较容易得到 解决。 然而，房屋向高层发展在自然气候方面有何利弊，在设计中能兴利除弊最是建筑科学 与技术所关注的实情。 ， 在低层大气中，仍然有古人早就认识的：“轻轻者上浮于天，重浊者下凝于地”的规 律支配着。这就是接近于地面的扬尘浓度较大，在距地面越高之处，尘埃浓度越小，能悬 浮的尘埃的粒径越小，这里的空气是较为清洁的，为高层建筑带来好处。 在低层大气中，由于下垫面被太阳辐射的加热引起近地空气产生的对流，对地面大气 中热过程产生深刻的影响。夜晚的长波辐射对地面的冷却，从而也冷却了近地大气。这种 对大气加热和冷却的过程，使离地较高处的低层大气的温度的日变化和年变化都比接地空 间中的小些，这预示在高层建筑中的房间的室内温度变得温和。 在低层大气中的水蒸气，因比空气轻，有上升的趋势，空气中的含盐尘埃，有吸收水 蒸气的作用，这种以凝结核聚集的小水点，可随气流漂浮流动，强的气流可带着它漂浮上 升；但由于它较重有下降的趋势。运动的小水点的形成和消失，在低层大气的热状况上产 生重要的影响。小水点的形成中放出潜热，加热空气，小水点消失中吸收汽化潜热，冷却 空气。在低层大气中常凝结的气层将受到加热，处于常蒸发的空气屡将受到冷却。如果有 一大气层冬天处于凝结层而夏天处于蒸发层。那么这个大气层将是最适合于高层建筑的最 佳楼层处，如果在这些层次上组织建筑的新风入口，对室内空气质量有改善，对建筑节能 产生效益。鉴于此，本文特从运动学、热力学和热质传递学和相变化科学的观点研究这些 现象。 *本文写作于1995年3月，为1995年5月第七届全国建筑物理学术会议交流论文 204 二、大气压力 在大气中取单位面积为底的垂直气柱考察高度h处和体元d^上的压强变化(见 图1)，设气柱高度h处的压强为P，则高度h+dh处的压强为p+dp，压强的变化乃体 元曲上的重量pdh所产生，故得力平衡方程： p一(P+dp)=pg·dh 化简得气体中压力的微分方程， dp=pgdh n 式中p为空气的密度，g为重力加速度。 根据理想气体状态方程式： p2(p／,u)RT 汜 (1)式可改写成： dp一一(#P／RT)gdh o 或 “ dp／p=——(Fg／RT)dh 对于等温大气，上式可积分而得著名的大气压强的公式“1 Ph。PoP一‘_7”’‘ ∞ 式中，Pn和P。分别为高度h处和地面上的压强。 大气压强P和大气的温度r都是高度函数，即， P=Up(^)丁一，T(^) 如图2所示。 图l垂直气柱的体单元上的力平衡 图2气压、气温积分关系推导 当由(4)式积分时可写成 T