建筑物理（第4版）課件：建筑日照

建筑物理（第4版）

建筑日照知識單元1建筑日照的要求與地球繞太陽運行的規律1.1日照的作用與建筑對日照要求1.2地球繞太陽運行的規律1.3太陽高度角和太陽方位角1.4太陽高度角和方位角的確定1.5地方時與標準時知識單元2棒影日照圖的原理及應用2.1棒影日照圖的基本原理2.2棒影日照圖的應用知識單元1建筑日照的要求與地球繞太陽運行的規律1.1日照的作用與建筑對日照要求（1）日照的作用日照就是物體表面被陽光直接照射的現象。建筑日照就是陽光直接照射到建筑地段、建筑物圍護結構表面和房間內部的現象。陽光照射能引起動植物的各種光生物學反應，能促進生物機體的新陳代謝。必須爭取適宜的建筑日照。對于過量的日照必須加以限制。（2）對建筑日照的要求對建筑日照的要求依建筑的使用性質而定，可概括為爭取日照和避免日照。需要爭取日照的建筑物如病房、幼兒活動室和農業用的日光室等，居住建筑也要求有一定的日照。需要避免日照的建筑有兩類：知識單元1建筑日照的要求與地球繞太陽運行的規律1.1日照的作用與建筑對日照要求一是防止室內過熱；另一類是避免眩光和防止起化學作用的建筑。（3）建筑日照設計的目的及要求建筑日照設計的主要目的是根據建筑物的不同使用要求，采取相應的技術措施，使房間內部獲得適當的而防止過量的日照。有特殊要求的房間甚至要求終年限制陽光直射。建設規劃和設計中必須正確地選擇房屋的朝向、間距和布局形式，做好窗口的遮陽處理，同時綜合考慮地區氣候特點、房間的自然通風和節約用地等因素，使建筑室內環境完全滿足使用者的需要。1.2地球繞太陽運行的規律地球按一定的軌道繞太陽運動，稱為公轉。知識單元1建筑日照的要求與地球繞太陽運行的規律1.2地球繞太陽運行的規律公轉一周的時間為一年。地球公轉的軌道平面叫黃道面。由于地軸是傾斜的，它與黃道面約成66°33ˊ的交角。在公轉的運動中，這個交角和地軸的傾斜方向，都是固定不變的。這樣，就使太陽光線直射地球的范圍，在南北緯23°27ˊ之間作周期性的變動，從而形成了春夏秋冬四季的更替。圖11-1表示地球繞太陽運行一周的行程。知識單元1建筑日照的要求與地球繞太陽運行的規律1.2地球繞太陽運行的規律通過地心并和地軸垂直的平剖面與地球表面相交的交線，就是赤道。地球在公轉中，陽光直射地球的變動范圍，用太陽赤緯角δ，即太陽光線與地球赤道面所夾的圓心角來表示。太陽赤緯角δ是表征不同季節的一個數值。赤緯角從赤道面算起，向北為正，向南為負。一年中，春分時，陽光直射赤道，赤緯角為0°，陽光正好切過兩極，因此，南北半球晝夜等長，此后，太陽向北移動，到夏至日，陽光直射北緯23°27ˊ，且切過北極圈，即北緯66°33ˊ線，這時的赤緯角為23°27ˊ。所以，赤緯角亦可看作是陽光直射的地理緯度。在北半球，從夏至到秋分為夏季，北極圈內整天都處在太陽的照射下，是“極晝”；南極圈內卻在背太陽的一側，是“極夜”；北半球是晝長夜短，南半球夜長晝短。夏至以后，太陽不繼續向北移動，而是逐日南返向赤道移動，所以北緯23°27ˊ線稱為北回歸線。當陽光回到赤道，其赤緯角為0°，是秋分。這時，南北半球晝夜又等長。當陽光繼續向南半球移動到冬至日，陽光直射南回歸線，即南緯23°27ˊ，其赤緯角為-23°27ˊ，且切過南極圈，即南緯66°33ˊ線。這時的情況恰好與夏至日相反，在北半球從冬至到知識單元1建筑日照的要求與地球繞太陽運行的規律1.2地球繞太陽運行的規律春分為冬季南極圈內為“極晝”，北極圈內為“極夜”，南半球晝長夜短，北半球晝短夜長。冬至以后，陽光又向北移動返回赤道，當回到赤道時又是春分，如此周而復始，年復一年。全年主要季節的太陽赤緯角δ，見表11-1。地球公轉的同時，還繞地軸自轉。自轉一周為一天，即24小時，一天中不同的時刻有不同的時角，以Ω表示。地球自轉一周為360°,因而每小時的時角為15°。即：Ω=15t式中Ω——時角（°)；

t——時數（h）知識單元1建筑日照的要求與地球繞太陽運行的規律1.2地球繞太陽運行的規律知識單元1建筑日照的要求與地球繞太陽運行的規律1.3太陽高度角和太陽方位角如圖11-2所示，太陽光線與地平面之間的夾角hs稱為太陽高度角。太陽光線在地平面上的投影線與地平面正南線之間的夾角As稱為太陽方位角（東偏為負，西偏為正）。任何一個地區，在日出、日落時，太陽高度角hs＝0°，一天中的正午，即指當地太陽時12時，高度角最大，此時太陽位于正南（As＝0）。任何一天內，上、下午太陽的位置對稱于中午，例如下午14時15分對稱于上午10時45分，下午15時15分的太陽高度角和方位角的數值與上午8時45分相同，只是方位角的符號相反而己。知識單元1建筑日照的要求與地球繞太陽運行的規律1.4太陽高度角和方位角的確定1．太陽高度角hs

太陽高度角hs的計算公式為sinhs=sinφsinδ+cosφcosδcosΩ式中

hs——太陽高度角，單位為度(°)；φ——地理緯度，單位為度(°)；δ——赤緯角，單位為度(°)；Ω——時角，單位為度(°)。2．太陽方位角As太陽方位角As的計算公式為知識單元1建筑日照的要求與地球繞太陽運行的規律1.4太陽高度角和方位角的確定式中

As——太陽方位角，單位為度(°)。3．日出、日落時角和太陽方位角因日出日沒時hs=0°，代入以上兩式有：cosΩ=-tanφtanδ4．中午的太陽高度角將Ω=0°代入式（11-2）得hs=90°-（φ-δ）

當φ>δ時知識單元1建筑日照的要求與地球繞太陽運行的規律1.4太陽高度角和方位角的確定hs=90°-（δ-φ）

當φ<δ時[例11-1]

求沈陽地區（φ=41°46ˊ）夏至日中午的太陽高度角。[解]

夏至日的δ=23°27ˊ，由（11-6）得hs=90°-（φ-δ）=90°-（41°46ˊ-23°27ˊ）=71°41ˊ太陽的位置在觀測點的南面。[例11-2]

求北緯35°地區在立夏日午后15時的太陽高度角和方位角。[解]

已知φ=+35°；δ=+15°；Ω=15×3°=45°，sinhs=sin35°×sin15°+cos35°×cos15°×cos45°=0.708hs=45°06ˊ知識單元1建筑日照的要求與地球繞太陽運行的規律1.4太陽高度角和方位角的確定As=75°15ˊ我國以東經120°的太陽時為依據作為北京時間的標準，即我國的標準時間。日照設計所用時間均為地方平均太陽時，它與日常鐘表所指的標準時間之間，往往有一差值。根據天文公式，地方平均太陽時與標準時之間的轉換關系如下：T0=Tm+4(L0-Lm)式中

T0——標準時間，單位為時:分；Tm——地方平均太陽時，單位為時:分；1.5地方時與標準時知識單元1建筑日照的要求與地球繞太陽運行的規律1.5地方時與標準時L0——標準時間子午圈所處的經度，單位為度(°)；Lm——地方時間子午圈所處的經度，單位為度(°)。4(L0-Lm)——時差，單位為分鐘。[例11-3]

求廣州地區（東經113°19ˊ）地方平均太陽時12時對應的北京時間。[解]由式(11-8)得T0=Tm+4(L0-Lm)=12時+4分鐘×(20°-113°19ˊ)=12時27分即廣州地區地方平均太陽時12時相當于北京時間12時27分。知識單元2棒影日照圖的原理及應用2.1棒影日照圖的基本原理Hˊ＝HcothsAsˊ＝As+180°知識單元2棒影日照圖的原理及應用2.1棒影日照圖的基本原理知識單元2棒影日照圖的原理及應用2.2棒影日照圖的應用1.確定建筑物的陰影區[例11-4]

求北緯40°地區一幢高20m，平面呈冂形，開口部分朝北的平屋頂建筑物（見圖11-5），夏至上午10點在周圍地面上形成的陰影區。[解]首先將繪于透明紙上的平屋頂房屋的平面圖覆蓋于棒影日照圖上，使平面圖上A點與棒影日照圖上的O點重合，并使兩圖的指北針方向一致。平面圖的比例最好與棒影日照圖比例一致。當比例不同時，要注意棒影日照圖上的影長折算。因建筑平面圖比例為1:500，故棒高4cm代表20m。A點的落影應在10點這根時間線的4cm的影點Aˊ處，連接AAˊ線即為建筑物過A處外墻角的影。知識單元2棒影日照圖的原理及應用2.2棒影日照圖的應用用相同的方法，求出B、C、E、F、G諸點的影Bˊ、Cˊ、Eˊ、Fˊ、Gˊ。根據房屋的形狀，依次連接AAˊBˊCˊC和EEˊFˊGˊ，并從Gˊ作與房屋東西向平行的平行線，即求得房屋陰影區的邊界。2.確定建筑物室內的日照區[例11-5]

如圖11-6所示，求廣州冬至日14點，正南朝向的室內日照面積，設窗臺高1m，窗高1.5m，墻厚16cm。[解]首先使房間平面的比例及朝向與棒影圖相一致，再將棒影圖O點置于窗邊的外線A點及B點。知識單元2棒影日照圖的原理及應用2.2棒影日照圖的應用從圖的14點射線上找出一個單位影長的A1及B1，連A1B1虛線代表窗臺外邊線的投影軌跡，再扣除墻厚16cm得A1ˊB1ˊ線，即為實際的窗臺落影線，再由此射線上找出2.5單位的影長點A2.5及B2.5，再連接A1ˊA2.5B2.5B1ˊ即為該時刻的日照面積，日照深度可在房間平面上直接量出。窗愈高，則日照深度愈大。投影于墻面上的日影，可參見立面圖。由圖可知，窗邊在墻面的落影是平行投影關系。因此，若把墻面展開，則窗邊A在墻面的落影長度CCˊ，可由地面落影CA2.5折算為單位實長求出，再將Cˊ與D點相連，CCˊD即為在墻面上的日照面積。同理可求出其他時刻的投影。如將各個時間的日照面積連接起來，即為一天內室內的日照面積范圍。3.確定建筑物的日照時間、朝向和間距這類問題不能直接利用棒影日照圖，需將其旋轉180°后再使用。（1）確定日照時間知識單元2棒影日照圖的原理及應用2.2棒影日照圖的應用[例11-6]

求廣州冬至日正南朝向底層房間窗口P點的日照時間，窗臺高1m，房間外圍建筑如圖11-7所示。[解]圖中B1幢房屋高9m、B2高3m、B3高6m。由于減去1m窗臺高，故B1相對窗臺高8m，B2相對窗臺高2m，B3相對窗臺高5m。將棒影日照圖O點與P點重合，使棒影圖的南北向旋轉180°，并與建筑朝向重合。由于窗口有一定厚度，故P點只在∠QPR的采光角范圍內才能受照射。由圖內找出5個單位影長的軌跡線，知識單元2棒影日照圖的原理及應用2.2棒影日照圖的應用則B3平面圖上的CˊDˊ與軌跡相交，可見Cˊ是有無照射的分界點。而平面上的ABCˊDˊD，均在軌跡線范圍內，故這些點均對P點有遮擋，由時間線查出10點10分之前均遮擋P點。對于B2幢來說，因為在2個單位影端軌跡線之外，故對P點無遮擋。同理，B1平面在棒影圖8個單位影端軌跡之內，故對P點有遮擋，時間由13點30分到日落。因此P點實際受到日照的時間是從10點10分到13點30分，共3小時20分。（2）選擇朝向和間距[例11-3]

如圖11-8所示，圖中前