《建热九照遮阳》PPT课件.ppt

第六章建筑日照与遮阳,第一节日照的基本原理,日照是指物体表面被太阳直接照射的现象。若被照到的物体是建筑物,则称为建筑日照.建筑日照研究日照对建筑物的影响及建筑物对日照的要求.,一、日照的作用与建筑对日照的要求：,1.日照的作用:,阳光照射，引起动植物各种光生物学反应，促进生物体新陈代谢；,阳光中的紫外线可起到预防和治疗一些疾病（如感冒、支气管炎、扁桃腺炎和佝偻病等）作用，因此，建筑争取适宜的日照，具有重大卫生意义；,有利的一面：,研究表明，冬季的日照会对多数人产生良好的心理作用。,阳光中含大量红外线，冬季照射入室，产生辐射热，提高室内温度，有良好的取暖和干燥作用；,日照对建筑物的造型艺术也有一定的影响，能增强建筑物的立体感，不同角度的阴影给人的艺术感觉不同。,不利的一面：,过量的日照，特别是南方炎热地区的夏季，易造成室内过热，对人体不利；,阳光直射工作面上会产生眩光，损害视力，尤其在工业厂房中，工人会因室内过热与眩光而易疲劳，降低工作效率；,直射阳光对物品有褪色、变质等损坏作用；有些化学药品被晒，还会发生爆炸的危险。,2.建筑对日照的要求,建筑对日照的要求据建筑的不同使用性质而定:,需要争取日照的建筑：病房、幼儿活动室和农用日光室等，它们对日照各有特殊要求;,需要避免日照的建筑有两类：一类是防止室内过热；另一类是避免眩光和防止化学作用的建筑，如展览室、阅览室、精密仪器车间，以及某些工厂，实验室，药品车间等。,为满足建筑对日照的要求，在设计时应按照使用要求，结合当地气候条件、日照特点、地形及前后建筑的遮挡条件、房间的自然通风要求以及节约用地等因素，综合考虑，正确地选择房屋间距、朝向、建筑体型、窗口位置、遮阳处理等。,二.地球绕太阳运行的规律,建筑日照与地球相对太阳的运动即相对太阳的位置有关.地球的运动有公转及自转.地球上不同的位置日照的规律也有所不同.,地球上任一点的位置用地理经度和地理纬度两个坐标值确定.,1.地球上任一点位置的确定,纬线圈、纬线、纬度：,经度圈、经线(子午线)、经度：,北纬南纬赤道,本初子午线东经西经,2.地球的四季变化与太阳赤纬角:,地球按一定的轨道绕太阳运动公转，公转一周的时间是一年。,地球公转轨道平面叫黄道面。,地球的地轴与黄道面成6633的交角。,在公转的过程中，地轴的倾斜方向和黄道面的交角是固定不变的。,太阳光线直射地球的范围，在南北纬2327之间作周期性的变化，从而形成了春夏秋冬四季的更替。,太阳赤纬角：太阳光线与地球赤道面所夹的角度。赤纬角从赤道面算起，向北为正，向南为负。一年当中，不同的季节，赤纬角不同。主要季节的赤纬角可以查表：,三.天球,天球：地球绕太阳运行，相对来讲，我们在地球上见到的却是太阳在天空中移动。为了确切地描述太阳在天空中的位置，用相对运动的原理，假定地球不动，而太阳绕地球旋转，以地球为中心，以地球到太阳的距离为半径作一假想球面，太阳在这一假想球面上绕地球旋转，这个假想的球体称为天球。,延长地轴与天球相交的两点成为天极，PN为北天极，PS为南天极，PNPS为天轴。,扩展地球赤道面与天球相交所成的圆QQ成为天球赤道。,黄赤角=2327,赤道坐标系和地平坐标系,太阳在天球上的位置每日每时都有变化，为了确定其位置，常用赤道坐标系和地平坐标系共同表示。,赤道坐标系：是把地球上的经、纬度坐标系扩展到天球，在天球上与赤道面平行的纬度圈，在天球上叫赤纬圈；在地球上通过南北极的经度圈，在天球上则称为时圈。,以赤纬和时角描述太阳在天球上的位置.,时角：是指太阳所在的时圈与通过南点的时圈构成的夹角，单位为度。自天球北极看，顺时针方向为正，逆时针方向为负。,时角表示太阳的方位，因为太阳在天球上一天24小时内旋转360，所以每小时为15。假如已知太阳经南点后至观察时刻的位置所经历的时间t，乘以15，即得出在观察时刻太阳所处位置时角的度数，=15t0,注意：地球上某处的赤纬角随季节变化；时角随时间变化，12时时角为0，上午为正，下午为负。,地平坐标系：是以地平圈为基圈，用太阳高度角和方位角来确定太阳在天球中的位置,太阳高度角(hs)：是指太阳直射光线与地平面间的夹角。,太阳方位角(As)：是指太阳直射光线在地平面上的投影与地平面正南方向所夹的角。正南点As=0，向西为正，向东为负。,根据地平坐标系里对高度角、方位角的定义可以知道：,在日出、日落时，任何一个地区，太阳的高度角hs=0；一天中的正午，即当地太阳时12时，太阳高度角最大，此时太阳位于正南，即太阳方位角As=0,在任何一天里，上、下午太阳的位置对称于中午，例如下午1点对称于上午11点，二者太阳的高度角和方位角的数值相同，只是方位角的符号相反。,需要指出的是，由于地理纬度的不同，从地平面观察到的太阳视轨迹也不一样，因此，太阳的准确位置应按太阳的高度角和方位角来确定。,1.地平坐标系的基本圈和基本点地平坐标系中的基本圈是地平圈，基本点是天顶和天底。,阅读知识:地平坐标系,地平圈就是观测者所在的地平面无限扩展与天球相交的大圆。从观测者所在的地点，作垂直于地平面的直线并无限延长，在地平面以上与天球相交的点，称为天顶；在地平面以下与天球相交的点，称为天底。在天球上，天顶和天底与地平圈的角距离均为90，只不过一个在地平圈以上，另一个在地平圈以下。地平圈把天球分为可见半球和不可见半球两部分。,由于天球的半径是任意长的，而地球的半径则相对很小，因此，观测者所在的点可以认为是与地心重合的，地平圈也可以看成是以地心为圆心的，这与观测者所在点的地平面在天球上是完全一致的。,通过天顶和天底可以作无数个与地平圈相垂直的大圆，称为地平经圈；也可以作无数个与地平圈平行的小圆，称为地平纬圈。地平经圈与地平纬圈是构成地平坐标系的基本要素。,地轴的无限延长即为天轴，天轴与天球有两个交点，与地球北极相对应的那个点叫做北天极，与地球南极相对应的那个点叫做南天极。通过天顶和北天极的地平经圈（当然也通过天底和天南极），与地平圈有两个交点；靠近天北极的那个点为北点，靠近天南极的那个点为南点。北点和南点分别把地平圈和地平经圈等分。根据面北背南、左西右东的原则，可以确定当地的东点和西点，即面向北点左90为西点，右90为东点。这样，就确定了地平圈上的东、西、南、北四方点。,四、太阳高度角和方位角的确定：,确定和的目的：为了进行日照时数、日照面积、房屋朝向和间距以及房屋周围阴影区范围等问题设计。影响和的三个因素：赤纬（表明季节或日期变化）时角（表明时间变化）地理纬度（表明观察点所在地方的差异）,太阳高度角和方位角：,在日出、日落时hs=0，所以其方位角和时角为下式：,如求正午时的太阳高度角，可按下式计算：,春分、秋分正午太阳高度角：,冬至日，正午太阳高度角：,四.地方时和标准时,日照设计所用时间为当地太阳平均时,它和日常钟表所指示的时间有一差值,因此需要换算.,平均太阳时:,以太阳通过某地子午线时为正午点来计算当地时间,不同的地方正午的时间不同.使用不方便,因此经国际协议,使用国际标准时.,标准时:,以本初子午线处的平均太阳时为世界时间的标准,叫“世界时”。将整个地球按经度化为24个时区,每个时区包含地理经度15度.以本初子午线东西各7.5度为零时区,向东、西各分12个时区，每个时区按其中央子午线的平均太阳时为计时标准，称为该时区的标准时，相邻时区的时差为1小时。,我国跨越5个时区，从东到东。为了方便，统一使用东时区的时间为全国标准时，称为“北京时间”。北京时间和世界时相差小时。,当地太阳时与标准时之间的近似计算公式：,4的确定：地球自转24小时，地球经度变化36度，每转过经度度时差为min。地方位置在中心经度线以西，经度每差度要减min；地方位置在中心经度线在以东时，每差度要加min。,阅读55例题,第二节棒影日照图的原理和应用,在建筑设计和城乡规划中都包含了多种建筑日照问题，而在设计中采用的方法也有很多种，并且各具特色。在这些方法之中，棒影日照图比较简单、直观，用途广泛且使用方便。因此，特就此法的原理和应用作一介绍。,一.棒影日照图的原理,太阳相对于地球的位置不断变化。怎样才能把这种情况与地球表面的建筑物联系起来呢?棒影日照图是以地面上某点的棒及其影的关系来描述太阳运行的规律，也就是以棒在直射阳光下产生的棒影端点移动的轨迹，采代表太阳运行的轨迹。,1.棒与影的关系：设在地面上立一任意高的垂直棒。若已知某天某时刻太阳方位角和高度角，太阳照射棒的顶端在地面上投影，则有棒影的长度。如图：,棒影的方位角为：,无论棒有多高，棒和影的长度关系总不变。,2.棒影日照图：利用棒与影的关系原理，可求一天的棒影变化范围。例如：已知春、秋分日的和，可绘出其棒影轨迹图。如图12-5。,棒影日照图表示两个内容：（）位于观察点的直棒在某一时刻的影的长度及方位角。（）某一时刻太阳的高度角及方位角，可依据同一时刻影的长度和方位角的数据确定：,二、棒影日照图的绘制步骤,.棒和影的基本关系,例：广州地区(北纬23度分)某地点立有=10的垂直棒,求冬至日13点棒在地面上的影长和方位.,a,a,As,A,s,hs,以广州地区（北纬）冬至日(）为例：求出广州冬至日各时刻的方位角和高度角，据此求出影长及方位角。设棒高，其计算结果见下表。,2、棒影日照图的绘制步骤,时间,项目,日出,日落,17,10,11,12,16,15,14,13,方位角,高度角,影长,影方位角,绘制步骤：,棒影日照图上注明纬度、季节日期、比例及指北方向等。,1:100,2.棒影日照图的应用举例,建筑物的高度、形体各不一样，邻近建筑物的情况也各不相同，甚至相差悬殊，但都可以简化，把它们看成由一系列直立于地面的不同高度的棒所围合而成。因此，可利用棒影日照图解决有关建筑日照的问题。,(1)求建筑物的阴影区,在设计某建筑物或规划建筑群时，以居住区为例，往往并不是孤立的一幢建筑物，而是在其周边已有或将有其它建筑物相邻。特别是近些年随着经济的发展，城镇建筑出现了高密度、高层化的趋势，建筑物互相遮挡问题日渐突出。因此，在设计时也应掌握建筑物阴影的变化。,例：求北纬40度地区一幢0m高平面呈凹形，开口部分朝北的平屋顶建筑物，夏至上午10点在周围地面上的阴影区。,(2)求建筑物室内日照面积,太阳直射光可以通过采光口照在室内的墙面和地面上。为了了解室内的日照时间、日照面积与变化范围，对于设计窗口的位置、形式及尺寸以及进行室内设计、防止眩光等都有直接的关系。利用棒影日照图可以求解这类问题。,例：求广州冬至日14点，正南朝向的室内日照面积，设窗台高1m，窗高1.5m，墙厚16cm。,(3)求建筑物的日照时间,解决此类问题不能直接用棒影图,要将它旋转180度后再应用.,例：求广州冬至日正南朝向底层房间窗口P点的日照时间，窗台高m，房间外围房屋分别高9m、2m、8m（见图）。,由图分析可知P点日照时间由10：10到13：30.,(4)建筑朝向与间距(阅读教材）,第三节建筑遮阳,在我国南方炎热地区，日照时间长，太阳辐射强烈，建筑物的某些部位或构件如窗口、外廊、橱窗、中庭屋顶与玻璃幕墙等需要调节太阳直射辐射，以扬其利而避其害。最常见与最具代表性的是窗口遮阳。,在炎热地区的夏季，日辐射强度大，气温也高，如我国南方夏季日辐射强度可达1000Wm2，气温可达40以上。,据我国有关单位的研究测定，当进入室内的直射光辐射强度大于280Wm2，同时气温在29以上，气流速度小于0.3m/s寸，人们在室内会感到闷热不舒适。,因此，目前一般建筑以气温29、日辐射强度280Wm2左右作为必需设遮阳的参考界限。,建筑遮阳的目的是阻断阳光直射，这样做的好处有三个：,可以防止透过玻璃的直射阳光，使室内过热；,可以防止建筑围护结构过热并造成对室内环境的热辐射；,可以防止直射阳光造成的强烈眩光。,一.建筑遮阳方式,由于日辐射强度随地点、日期、时间和朝向而异，建筑中各向窗口要求遮阳的日期、时间以及遮阳的形式和尺寸，也需根据具体地区的气候和窗口朝向而定。,建筑遮阳类型很多，可以利用建筑的其他构件，如挑檐、阁板或各种突出构件，也可以专为遮阳目的而设置。,按照构件遮挡阳光的特点来区分，主要分为几类：,1、人工遮阳方式水平式遮阳垂直式遮阳综合式遮阳(格栅)挡板式遮阳,2、绿化遮阳,3、建筑自遮阳和群体互遮阳,建筑遮阳实例,水平式遮阳,印第安昔埃布洛人悬崖宫殿遮阳在低纬地区或一年中的夏季，由于太阳高度角很高，建筑的阴影很短，因而水平遮阳比垂直遮阳更加有效。在湿热地区，悬挑出的长长的屋檐足以起到遮阳蔽雨的作用。,垂直遮阳,普莱斯大厦,亚利桑那州凤凰坡中央图书馆,波士顿市政厅,格栅式遮阳(综合式遮阳),昌迪加尔议会大厦及高等法院格栅式遮阳综合了水平遮阳和垂直遮阳的优点，对于各种朝向和高度角的阳光都比较有效。在综合使用各种遮阳方式方面，柯布西耶（法国建筑师）设计的昌迪加尔议会大厦及高等法院(17511956)是当之无愧的典范。,建筑自遮阳,绿化遮阳,孟买干城章嘉公寓,二遮阳构件尺寸计算,遮阳构件的形式和尺寸一般可根据当地需遮阳日期、时间及窗口朝向用图表法求得，但针对某一时间的窗口遮阳也可按当时的太阳高度角和方位角得出准确尺寸。,（1）水平遮阳,窗口的水平式遮阳板应当计算其挑出长度L-和端翼的挑出长度D。,水平板挑出长度L-的计算：,水平板挑出长度,水平板下沿到窗台高度,太阳高度角,太阳方位角和墙方位角的差,水平板端翼挑出长度D的计算,（2）垂直遮阳,（3）综合式遮阳和挡板式遮阳,综合式遮