一种采光窗阴影面积计算及位置判断的方法.pdf

圃 一种莱宪宦明菇面积计算R 位置 判断的方法 杨光辉张承明 山东农业大学 摘要：本文针对计算采光窗阴影面积及位置在住宅采光评价中的重要作用，提出了一种准确的计算和判断方法。该方 法通过计算某时刺采光窗阴影高度和宽度来计算阴影面积，结合太阳方位角判断阴影位置。实际应用证明该方法可有效对住 宅采光进行评价。 关键词：住宅采光；采光窗阴影；采光评价 1 计算采光窗阴影面积及位置的意义 住宅的采光情况是每位住户都十分关心的问题，当自 己的住宅前排有其他住宅时。人们都会考虑自己住宅的采 光是否会受到影响、受到怎样的影响。G B5 0 1 8 0 9 3 ( 2 0 0 2 版) 城市居住区规划设计规范中规定：大城市住宅日照标 准为大寒日大于等于2 小时，冬至日大于等于1 小时，老年 人居住建筑不应低于冬至日日照2 小时的标准；在原设计 建筑外增加任何设施不应使相邻住宅原有日照标准降低； 旧区改造的项目内新建住宅日照标准可酌情降低，但不应 低于大寒日日照1 小时的标准。我国的日照标准虽然不是 世界上最为严厉的，也还是较为严格的。在执行中得到了 较好的贯彻和落实【I l 。窗是采光的主要工具。也起着自然通 风的作用【2 】。如何对采光情况进行评价。这里涉及到了计算 采光窗阴影面积及判断阴影位置的问题。但一般日照情况 下( 仅考虑晴朗的白天) ，阳光若被建筑物遮挡，有可能会 从遮挡物的上面照过来。也可能从遮挡物两侧的任意一侧 照过来，也可能两者都有，这样计算和判断起来的话就有 一定困难。 网上有一个“房屋采光计算器”的网页，能对住宅采光进 行简单的评价，但考虑并不全面。这个计算器假设遮光楼为 无限长。即只计算从遮光楼楼顶上方照人的阳光，如果阳光 从遮光楼左右侧面照入，则没有纳入计算。还有个“楼层采 光计算器”的网页，可以查询每个月的采光情况，但缺点也很 明显，其假设两栋楼单层高度一致，且也没有考虑遮光楼的 宽度。另外有人做了一个“对楼影高计算器”的软件，其仅仅 计算某天正午所在楼层阴影的高度，无法对住宅一天的采光 情况进行有效的评价。 本文提供一种采光窗阴影面积及位置的计算方法。考虑 了阳光从遮光楼左右侧面照入的情况。也考虑了遮光楼与住 宅所在楼高度、宽度的不同，能够计算任意时刻采光窗阴影 面积及位置。 2 计算方法 2 1 原理 通过计算阳光经遮光楼的遮挡。投射到住宅所在楼层上 的阴影高度与宽度。与住宅采光窗的位置、高宽进行比较计 算，得出采光窗阴影的面积；依据太阳方位角、阴影的宽高、 采光窗的宽高来判断阴影位置。 这里把遮光楼和住户所在楼看成一个长方体两栋楼平 行分布，且采光窗面向正南，把采光窗看成一个矩形，采光窗 上的深灰区域为阴影面积。要计算采光窗阴影的面积及判断 阴影位置需要计算其阴影面积的高度和宽度。 2 2 方法 2 2 1 采光窗阴影高度计算公式 G 图1 H 2 0 1 5 0 8 万方数据 如图1 所示，线段c F 的长为采光窗高度，E F 为采光窗 阴影高度。 图1 中有以下几何关系： E F = E H F H = D G F H 甜G - A D 一，Z ， - - AG D E X t l 吼厶AE D F H - - AG G H x t a nL A E D 一用 式中： 一4 G 为遮光楼高度； G 日为楼间距： A 点泐为太阳高度角( 天文学名词) ； 刚为窗底距( 采光窗底端与地面的垂直距离) 。 记采光窗阴影高度为h ，遮光楼高度为ht ，楼间距为埘闷， 太阳高度角为a ，窗底距为h 底，则匕式可改写为公式( 1 ) ： h = ht 伽问t 五m a 一 底 ( 1 ) 2 2 - 2 采光窗阴影宽度计算公式 这里需要分两种情况，一是太阳位于正南东侧，二是太 阳位于正南西侧或正南。因为当太阳位于正南东侧时。时角 为负值，且计算时需要窗东距( 采光窗东侧与遮光楼东侧的 距离在东西方向上的分量) 不需要窗西距( 采光窗西侧与遮 光楼西侧的距离在东西方向上的分量) ；而当太阳位于正南 西侧或正南时，时角不是负值，且计算时需要的是窗西距而 不是窗东距。 图2 如图2 ，以第一种情况为例。线段Ac 的长为采光窗宽 度，A B 为采光窗阴影宽度。 由图2 分析。有以下几何关系： A B - - AC B C - - AC - ( B D C D ) ；AC - ( D E x t a nL B E D C D ) - - AC D E X t a nt L B E D + C D 式中： D E 为楼间距； 尉呈D 等于时角( 天文学名词) 的相反数( 这里时 圃 角为负值) ； C D 为窗东距。 记采光窗宽度为形宙，采光窗阴影宽度为W ，楼间距为 W 闻，时角为卢，窗东距为W 东，则上式可表达为公式( 2 ) ： 1 0 - - - - 1 1 0 富H 闻t a I l ( 固+ 埘东( 2 ) 同理可以得到太阳位于正南西侧及正南时，采光窗阴影 宽度的计算公式( 3 ) ，即： W = W 宙加同t 丑l r l p + 埘西( 3 ) 式中： 训西为窗西距。 2 2 3 采光窗的阴影面积计算公式及位置判断 由上面的公式求出采光窗阴影的高度与宽度乘积即为 采光窗的阴影面积。但需要考虑阴影的高度与宽度是否小于 零。是否超过了采光窗的高度与宽度。记采光窗的阴影面积 为s ，采光窗高度为ht i , 宽度为W 宙，采光窗阴影高度为h ， 宽度为W ，可整理为下式： O 0 或埘O h x w ，O h h 童且O w w - s ：I h x w - ，O h h _ 且埘埘膏 h l w ， k 且O w w _ h f w 亩， 且埘 阴影位置可依据下面几种情况进行判断( 记时角为口) 。 a ) I I l O 或W O 时，无阴影。 b ) O h h 膏且o J o w 膏，分三种情况： o ，采光窗上有阴影，位于东侧靠下。 c ) O h h 窗且埘埘I i , 阴影位于采光窗下侧。 d ) - 且O w w 膏，分三种情况： q = I B o ，采光窗上有阴影，位于东侧。 0 ) _ 且埘l c ，窗，采光窗完全被遮挡。 3 实例验证 我们找到个住宅，测得以下数据：遮光楼高度= 1 8 2 4 m ， 楼间距= 3 5 8 2 m ，窗高= 2 8 2 m ，窗宽- 7 9 4 m ，窗底距= 3 0 9 m ，窗 东距= 1 4 6 2 m ，某时刻采光窗阴影高度0 6 7 m ，采光窗阴影宽度 4 6 1 m ，采光窗阴影面积= 3 1 0 m 2 。阴影位于采光窗西侧靠下。 经相关公式计算得到，此时太阳高度角正切值：0 4 0 4 ，时 角( 弧度制) = - o 4 6 4 。以下为计算的采光窗阴影高度、宽度和 面积，以及采光窗上阴影的位置。 ( 下转P 2 5 ) 2 0 1 5 万方数据 在幕墙构件的面板与边框之间存在空腔的缘故。 3 2 质量问题的应对方法 施工前期出现的预埋件使用不当的问题需进行合理的 预防措施和控制。常见预防措施有：a ) 预埋件漏放防治：在安 装预埋件前，确保有合理合规的预埋件安装位置图。与新建 筑不同，在给旧建筑安装幕墙时，避免主体建筑结构与膨胀 螺栓的过度接触。为使膨胀螺栓处于受力状态，应当只使其 局部连接即可。b l 预埋件埋设前处理：为满足各种规章制度 的要求，在埋设预埋件之前，首当其冲应当计算承载力。承载 力的精确将是影响预埋件的直观重要因素。 4 玻璃幕墙质量的宏观控制 4 1 从人为因素出发加强管理机构的创新 人作为建筑业的主导者在很大程度上决定了该行业的 繁荣与发展。建筑业在世界内的发展离不开人类团体间的团 结协作与高效创新。在建筑业发展的历史中。良好的管理团 队很大程度上决定了建筑的品味与进步。面对新时代剧烈的 市场竞争要加强玻璃幕墙的质量管理与人为可控性。必须 使管理团队具有专业性强、态度严谨、责任心重与作风良好 的新时代要求。团队的优秀与可信赖不仅仅体现在个人拥有 较高的专业知识。而且还在于彼此之间的各司其职与通力合 作。在团体之间有严格的部门制度与人才管理制度和赏罚分 明的管理机制是促进团队进步的有力保障。这样不仅可以充 分调动成员的积极性，而且方便管理，可更大程度的发掘团 队的创造力。 4 2 重视施工阶段安全合理控制施工成本 施工单位在施工过程中，不可避免的涉及到安全问题， 玻璃幕墙作为新的建筑艺术的表达形式自然而然的因其高 圃 难度的操作而引起人们对安全问题的重视因而建立健全的 安全管理制度成为必要之举。安全体现在各级每个人的践行 上。以领导、技术人员和工作人员为一体的安全制度，可很大 程度上加强现场的安全管理。不仅如此，还应加强对每一位 团队成员的安全教育，培训工作人员的安全意识。“安全第 一”的理念应当深人每一个参与人员的心中。从而引起全面 重视。在完成上述安全措施后，日常对施工现场的频繁监督 与检查也必不可少，包括在施工前对施工区的勘探、施工时 的基本设施的正常运转以及施工后的善后问题。 5 结语 社会经济的飞速发展带动了各行各业的进步，人们对建 筑业的需求不再满足于简单的住宿或者使用，而开始要求从 审美到实用。从时尚到风格面面俱到。作为一种对当下建筑 美学的表述以及审美潮流的反馈。玻璃幕墙以其广阔的应用 和乐观的市场前景出现在时下潮流之中。玻璃幕墙有明框、 隐框和半隐框等几类。而且还含有复杂成分以及繁琐专业化 的制作及使用流程。因而在其使用过程中会产生诸多问题。 为了更好的运用玻璃幕墙，解决在应用中产生的问题，控制 防范一切可能因素显得更加重要。文中简单的分析了各种问 题以及防范方式，并强调了人为因素和团队作用在玻璃幕墙 应用中的重要性。 参考文献： 【I 】闫颖谈建筑玻璃幕墙工程施工要点及管理措施叨科技创 新与应用, 2 0 1 2 ( 1 ) ：1 8 6 【2 】邸艽，杨阿丽，王矗等玻璃幕墙建筑的节能研究【J 】I 匹l JJ l 建 筑科学研究。2 0 11 ( 3 ) ：2 8 1 2 8 4 ( 上接z 2 9 ) 采光窗阴影的高度可由上面推导的公式( 1 ) 得： h = ht 附M x t a n o t - h 底= 1 8 2 4 3 5 8 2 x 0 4 0 4 3 0 9 = O 6 8 m 由于时角为负值，故采用公式( 2 ) 计算采光窗阴影宽度为： l g t m R 宙I D 甸切m ( 翻+ W 东_ 7 9 4 3 5 8 2 x t a n O 4 6 4 + 1 4 6 2 = 4 6 3 m 因为0 h h _ 且0 w w 膏，故采光窗的阴影面积为： S - - h x 叫= 3 15 m 2 由于0 h h 宙且0 w w 膏，时角j a o 。可以判断采光窗 上有阴影，位于西侧靠下。可以看出实际测量的采光窗阴影 高度、宽度和面积与计算得到的误差很小，采光窗阴影实际 位置与判断的一致。 4 结语 充足的天然采光有利于居住者的生理和心理健康，同时 也有利于降低人工照明的能耗。有利于降低生活成本 3 1 。本文 提供的采光窗阴影面积计算及位置判断的方法可以用来对 住宅采光情况进行有效评价但此方法只适用于遮光楼大致 为规则的长方体、采光窗朝向正南的情况，当情况复杂时，如 遮