全球气候变暖与城市热岛效应两者的综合作用使得越来越多的城市出现夏季极端高温事件。这不但对创造舒适的城市热环境提出了更高的要求,也影响着城市中的建筑供热、空调所需能耗,以及相应的排放到城市环境中的热量。城市微气候与建筑能耗之间存在着相互耦合的紧密联系:从城市整体来看,城市微气候直接作为建筑能耗预测的边界条件,且存在着空间上不均匀性,而空调设备与室外热环境之间的热交换将反过来作为建筑排热释放到城市环境中。因此,城市微环境和建筑能耗存在密不可分的耦合关系,研究建筑能耗及排热与城市微气候之间的相互耦合关系与方法有重要的意义。以往,城市气候研究主要侧重于在城市宏观尺度上的研究,并且尚缺乏足够的理论研究和设计工具,较难应用到城区改造以及新城规划实践活动中。本文首先通过室外流动观测探讨了城市微环境在空间上的非均匀分布。接着,描述了如何使用GIS空间信息提取并整合建筑能耗及城市微气候模拟所需的关键信息,以及利用这些信息进行城区尺度上的城市城市地表能量平衡（Surface Urban Energy and Water balance Scheme,SUEWS）模拟。城市地表能量平衡能够预测出城区不同位置的近地面空气温度受建筑密度,绿化率,粗糙度,水体面积比等多种因素同时作用而表现出的强烈非均匀性。夏季不同区域（400m*400m网格）之间的温度差异可达到3℃。然后,使用建筑热网络模型,建立了适用于城市尺度上的建筑能耗与排热分析的建筑热过程与建筑排热模型（Building Energy and Wasteheat model,BEW）,以及适用于城市建筑群内,建筑围护结构与周边环境之间的长、短波辐射模拟的子模型（Building Envelope Energy Radiation Scheme,BEERS）,并以北京、上海、重庆、成都四个城市中心的大量建筑GIS空间信息数据为样本,对城市冠层的动态日照及阴影特征,天空视角系数（SVF）进行了参数化分析并得到了建筑围护结构阴影面积和天空视角系数随时间和空间参数变化的相关经验公式。接着,搭建了城市地表能量模型（SUEWS）与建筑负荷与排热模型（BEW）之间的动态耦合模型,综合模拟城市微气候参数与建筑冷热负荷需求之间的反馈效应。并以位于夏热冬冷区的重庆市的中心区域为例,对总体建筑冷热负荷、人为排热量,以及室外2m高度气温进行了时间步长为15min的全年动态耦合计算,并对比了自下而上（BEW-SUEWS动态耦合）和自上而下（SUEWS默认CDD模型）两种方法计算的人为热排放强度（QF）。结果表明,在夏热冬冷区的重庆,使用地表气象站天气数据计算的网格平均采暖度日数HDD18比SUEWS-BEW耦合模型计算结果小22.7%,而供冷度日数CDD26比SUEWS-BEW耦合模型计算结大9.4%。由SUEWS-BEW耦合模型计算的区域平均年冷负荷需求比独立建筑模型（未考虑周围城市环境对气温和长短波辐射的影响的情况）低6.2%,但比仅考虑辐射的情况高4.2%。因此,对于位于城市环境中的建筑来说,冷热负荷需求受到周围建筑物长波和短波辐射交换与城市中心地表气温升高两者的综合影响。最后,通过几个应用实例对本文建立的耦合模拟系统的应用前景做了简单介绍。从未来气候变化角度看,分别对比了现状epw气象数据和2050年未来气候变化造成的冷热负荷变化,预计未来全年冷负荷需求增大32.3%,全年热负荷需求减小52.9%,峰值冷负荷增大19.4%,峰值热负荷减小25.5%。从热环境缓解措施的综合评估看,路面反射率从0.12增大到0.32的情况下,CDD26减小1.4%,HDD18增大0.3%,但全年冷负荷增大4.8%,全年热负荷减小2.8%。本文提出了比较全面的城市建筑能耗与微气候耦合动态计算的方法框架,为推动定量的城市空间规划方法提供了系统方法和工具。