日照与太阳辐射分析.ppt

,可持续性设计 Autodesk Ecotect Analysis 培训教程,Hongxian Qin China Education Programs,日照分析,针对设计阶段的要求，Ecotect Analysis提供了强大的日照分析功能，包含了日照阴影分析、太阳轨迹图分析以及基于此的遮挡分析与遮阳的优化设计等多方面的内容。其中： 可视化的日照阴影分析：在Ecotect Analysis中，主要是以各种直观的三维模型效果图来显示模型中的在遮挡与投影状况，其特点是交互性高、直观并且易于理解。用户可以随时调整模型并得到实时结果反馈，通常来说此类分析一般不需要进行数据计算。 太阳轨迹图及遮挡分析：Ecotect Analysis提供了太阳轨迹图来分析建筑的遮挡情况分析功能，太阳轨迹图可以精确地分析全年的日照和遮挡时间，此功能以图表显示为主，但是在使用中需要理解太阳轨迹图的含义。 遮阳及遮挡优化设计：此功能是Ecotect Analysis极具特色的辅助设计功能，主要用于对遮阳系统和可能产生的遮挡情况进行分析和优化设计。,目录,日照间距与日照时间的计算 阳光反射板的设计 遮阳构件的优化设计 建筑遮挡和投影分析,1.1相关概念与基础知识,日照标准 所谓日照标准，就是在规定的日照标准日（冬至日和大寒日）的有效日照时间范围内，建筑外窗获得的最低日照时间。日照标准主要包括日照时数和日照质量两个指标。日照时数时表示太阳照射的时数。日照质量是指每小时室内地面和墙面阳光照射面积累计的大小以及阳光中紫外线的效用高低。 我国住宅建筑规范GB 50368-2005和城市居住区规划设计规范GB 50180-93（2002年版）根据不同气候区对住宅日照标准进行了相应的规定，即每套住宅至少应有一个居住空间满足表4-1的日照要求。,1.2日照间距的计算,在居住小区中，往往由于建筑布局不当，四周的建筑互相遮挡，使得某些虽然朝向选择较好的建筑并不能获得良好的日照条件。因此，在建筑规划设计中，必须在建筑之间留出一定的距离，以保证日光不受遮挡能直接照射到室内。这个距离就称为建筑的日照间距。 日照间距的大小主要是根据现行小区规划设计、住宅设计及其他建筑设计规范中对日照标准要求来确定。它受当地地理纬度、建筑朝向、建筑的高度和长度及用地地形等因素的影响。在平坦场地上，任意朝向的条式建筑日照间距计算公式为： D=(H-H1)cothscos=H0cothscos（3-2） 式中D两建筑物间平地日照间距（m）； H前排建筑高度（m）； H1后排建筑底层窗台高度（m）； H0前排建筑檐口至后排建筑底层窗台高度间高度差（m）； hs太阳高度角（deg）； 建筑墙面法线与太阳方位的夹角（deg）； 其中，太阳高度角hs和是根据相应的日照标准及建筑朝向所确定。,1.2日照间距的计算,1.3太阳时、地方时与标准时,一天时间的测定，是以地球自转为依据给出的一种尺度。日照设计中所用的时间，均以地方平均太阳时为标准。它与日常钟表所指的标准时之间往往有一差值，故需换算。 太阳时是指以太阳为标准来计算的时间，可以分为真太阳时（apparent/real solar time）和平均太阳时（mean solar time）。以真太阳日为标准来计算的叫真太阳时，日晷所表示的时间就是真太阳时；以平均太阳日为标准来计算的叫平均太阳时，钟表所表示的时间就是平均太阳时。 所谓地方平均太阳时，是以太阳通过该地的子午线（经线）时为正午12时来计算一天的时间。这样经度不同的地方，正午时间均不同，使用起来不方便。因此规定在一定经度范围统一使用一种标准时间。所谓标准时间，是各国按所处地理位置的范围，划定所有地区的时间以某一中心子午线的时间为标准时，在该范围内同一时刻的终点均相同。,1.3太阳时、地方时与标准时,我国从东五时区到东九时区，五个时区。为计算方便，我国统一采用东八时区的时间，即以东经120。的平均太阳时为中国的标准时间，称为“北京时间”。北京时间与世界时相差8小时，即以北京时间等于世界时加上8小时。 地方太阳时与标准时之间的转换可按下式计Lm算： ToTm+4(LO-Lm) （3-1） 式中 To标准时间，min； Tm地方平均太阳时，min； LO标准时间子午圈所处的经度（deg）； Lm地方时间子午圈所处的经度（deg）。,1.4本例的基本情况和要求,分析的目的： 我们知道了日照间距的计算公式，对于这个复杂的公式，即使是计算正南正北的建筑日照间距也是费时费力。而面对比较复杂的建筑形式与布局，只能进行简化处理，根本无从谈及日照分析和优化设计的问题。 而通过Ecotect Analysis的日照阴影分析就可以非常简便的确定日照间距，即可以满足日照标准，又达到了节地的目的。,1.4本例的基本情况和要求,本例是计算住宅的日照间距。该建筑位于西安市，朝向为南偏西30，建筑形体为矩形，长宽分别为36m、12m，建筑高度为18.5m，底层窗台距室外地面1.35m。要求前后两栋住宅的日照时间满足大寒日（1月21日）满窗日照2小时，以此计算出前后两栋建筑的最小楼间距。之后，使用Ecotect Analysis的日照时间模拟计算功能验证北边建筑的日照时间。,1.5模拟计算日照时间,打开文件“日照间距.eco”。 选中北向的建筑的南墙。 点击Modify(修改)菜单Surface Subdivision(表面细化)Rectangular Tiles(矩形面片)命令。 如图设置弹出的Surface Subdivision(表面细化)对话框。 点击OK后，选中的南墙被细化。,1.5模拟计算日照时间,点击Calculate(计算)菜单Solar Access Analysis(时均太阳辐射和日照分析)命令。 在弹出的对话框中选择Shading Overshadowing and Sunlight Hours(投影、遮挡和日照时间)，如图点击Skip Wizard(忽略向导)按钮。 如图设置弹出的对话框。,1.5模拟计算日照时间,【注意】对话框中Period(时间段)中可以选择全年或者自定义的时间，我们选择Current Day(当前日期)指的是区域/指针工具栏中所设定的日期；时间范围8:0016:00是根据表3-1中所规定的有效日照时间带来设置的；Calculate Over(目标物体)下拉菜单中可以选择Model Objects(模型物体)与(分析网格)，我们所模拟的是模型所以选择Model Objects，当然日照时间也可以利用分析网格来模拟分析；如果不钩选Selected Object Only(仅选定的物体)，软件就会计算全部显示物体的日照时间。,1.5模拟计算日照时间,计算结果如图所示。,1.5模拟计算日照时间,点击Display(显示)菜单Object Attribute Values(物体属性值)下拉菜单，如图，读者可以尝试以下命令： 在这个下拉菜单中我们可以让计算结果以 Atrrib.1: Total Sunlight Hours(属性1:日照总时间) Atrrib.2: Percentage Exposed(属性2:日照百分比) Atrrib.3:Percentage Shaded(属性3:遮挡百分比)等方式显示在细化的物体表面上； 可以让物体表面显示Text Values(数值)、Object Number(物体编号)、Vectors(向量)、Colours(颜色)等内容。 可以在Customise Scale(自定义颜色比例)对话框中选择颜色显示的方式、设定比例尺； 可以在Properties(属性)对话框中导出数据、生成数据报表以及清除已经计算的数据等。,1.5模拟计算日照时间,【注意】如果再次用已经存在分析数据的物体做分析时，一定要选择Properties(属性)对话框中的Reset Zero(重置到零)的命令清除已经存在的数据，否则前一次的计算结果可能影响下一次的结果。 点击键盘F7，进入到前视图，如图。我们可以从前视图中更加清晰地观察计算结果，从结果来看，我们使用Ecotect Analysis计算出的日照间距完全满足了日照时间的要求。,建筑遮挡和投影分析,2.1建模,在本例中，直接利用Revit Architecture的模型进行分析。左图是使用Revit Architecture体量功能设计的一个地块的建筑群。我们直接在Revit Architecture导出DXF文件，然后将其导入Ecotect Analysis中，如右图。,2.2修改表面法线,在Ecotect Analysis中表面法线(Surface Normals)是区分一个面内外的标志，一般情况下模型的表面法线都要朝外，这是正确计算日照、遮挡、热环境以及光环境等内容的前提。由于本例的模型是通过DXF格式导入的，所以在分析之前必须查看模型的表面法线方向，发现方向颠倒的必须修改。如果进行模拟分析后发现分析结果不正确或者没有计算结果显示，首先就应该查看模型的表面法线方向是否正确。 查看与修改模型表面法线的方法如下： 点击键盘Ctrl+F9或者Display(显示)菜单Surface Normals(表面法线)命令。,2.2修改表面法线,点击Modify(修改)菜单Surface Subdivision(表面调整功能)Unify Normals of Coincident Surfaces(统一共面的法线方向)命令。 可以发现大部分面的表面法线被调整了方向，但图4-60中还有少数面的法线方向错误，例如中间超高层建筑（图中最大的体块）的立面，我们还需要单独调整其法线：,2.2修改表面法线,点击绘图区域的空白处，退出全选的状态。 选中超高层建筑的四个立面，点击键盘Ctrl+R，反转这四个面的表面法线方向。,2.2修改表面法线,点击键盘F9，恢复到模型显示状态。,2.3模拟计算,（1）在视图中显示太阳轨迹 载入北京的气象数据。 点击屏幕最左端的VISUALISE(可视化页面)按钮，进入可视化视图。 进入Shadow Setting(阴影设置)面板，钩选Daily Sun Path(全天太阳轨迹)，视图中显示出了全天的太阳轨迹。我们可以拖拽太阳轨迹上的黄色太阳图标来调整时间，以观察一天中不同时刻的阴影变化。 如果按住键盘Shift键则会出现一个“8”字曲线，拖拽太阳图标在此轨道上移动，可以观察到一年中相同时刻的阴影变化。,2.3模拟计算,为了更清晰地观察全年的太阳轨迹，还可以钩选Annual Sun Path(全年太阳轨迹) 。,2.3模拟计算,（2）单独观察超高层建筑的阴影 为了观察超高层建筑的阴影变化，进入三维编辑视图，选中整个超高层建筑，在Shadow Setting(阴影设置)面板中钩选Selected Objects Only(仅选定物体)，可以发现此时仅显示了这个超高层建筑的阴影，回到可视化视图。,2.3模拟计算,除了以上的方式来单独研究超高层的阴影外，我们还可以： 进入Zone Management(区域管理)面板，新建区域，命名为“skyscraper”，将选中的超高层建筑移动到改区域中。 进入Visualisation Settings(可视化设置)面板，钩选选中SURFACE DISPLAY(表面显示)栏中的Zone Colour(区域颜色)选项。可以发现在按照区域颜色显示后，超高建筑与其它建筑的颜色有了区别。,2.3模拟计算,进入三维编辑视图。 在Shadow Setting(阴影设置)面板中取消钩选Selected Objects Only(仅选定物体)。 点击主工具栏中的区域设置按钮 ，弹出的对话框如图。 点击对话框中的Shadow Color(阴影颜色)按钮，选中红色，点击OK完成设置。,2.3模拟计算,在区域/指针工具栏中设置时间和日期 。 三维编辑视图变为左图所示。我们可以很明显看到超高层的阴影情况。 在Shadow Setting(阴影设置)面板中钩选Reverse Sort Shadows(反转阴影显示)，结果如右图。可以发现图中所剩余的红色阴影就