建筑物理（第4版）课件：建筑日照

建筑物理（第4版）

建筑日照知识单元1建筑日照的要求与地球绕太阳运行的规律1.1日照的作用与建筑对日照要求1.2地球绕太阳运行的规律1.3太阳高度角和太阳方位角1.4太阳高度角和方位角的确定1.5地方时与标准时知识单元2棒影日照图的原理及应用2.1棒影日照图的基本原理2.2棒影日照图的应用知识单元1建筑日照的要求与地球绕太阳运行的规律1.1日照的作用与建筑对日照要求（1）日照的作用日照就是物体表面被阳光直接照射的现象。建筑日照就是阳光直接照射到建筑地段、建筑物围护结构表面和房间内部的现象。阳光照射能引起动植物的各种光生物学反应，能促进生物机体的新陈代谢。必须争取适宜的建筑日照。对于过量的日照必须加以限制。（2）对建筑日照的要求对建筑日照的要求依建筑的使用性质而定，可概括为争取日照和避免日照。需要争取日照的建筑物如病房、幼儿活动室和农业用的日光室等，居住建筑也要求有一定的日照。需要避免日照的建筑有两类：知识单元1建筑日照的要求与地球绕太阳运行的规律1.1日照的作用与建筑对日照要求一是防止室内过热；另一类是避免眩光和防止起化学作用的建筑。（3）建筑日照设计的目的及要求建筑日照设计的主要目的是根据建筑物的不同使用要求，采取相应的技术措施，使房间内部获得适当的而防止过量的日照。有特殊要求的房间甚至要求终年限制阳光直射。建设规划和设计中必须正确地选择房屋的朝向、间距和布局形式，做好窗口的遮阳处理，同时综合考虑地区气候特点、房间的自然通风和节约用地等因素，使建筑室内环境完全满足使用者的需要。1.2地球绕太阳运行的规律地球按一定的轨道绕太阳运动，称为公转。知识单元1建筑日照的要求与地球绕太阳运行的规律1.2地球绕太阳运行的规律公转一周的时间为一年。地球公转的轨道平面叫黄道面。由于地轴是倾斜的，它与黄道面约成66°33ˊ的交角。在公转的运动中，这个交角和地轴的倾斜方向，都是固定不变的。这样，就使太阳光线直射地球的范围，在南北纬23°27ˊ之间作周期性的变动，从而形成了春夏秋冬四季的更替。图11-1表示地球绕太阳运行一周的行程。知识单元1建筑日照的要求与地球绕太阳运行的规律1.2地球绕太阳运行的规律通过地心并和地轴垂直的平剖面与地球表面相交的交线，就是赤道。地球在公转中，阳光直射地球的变动范围，用太阳赤纬角δ，即太阳光线与地球赤道面所夹的圆心角来表示。太阳赤纬角δ是表征不同季节的一个数值。赤纬角从赤道面算起，向北为正，向南为负。一年中，春分时，阳光直射赤道，赤纬角为0°，阳光正好切过两极，因此，南北半球昼夜等长，此后，太阳向北移动，到夏至日，阳光直射北纬23°27ˊ，且切过北极圈，即北纬66°33ˊ线，这时的赤纬角为23°27ˊ。所以，赤纬角亦可看作是阳光直射的地理纬度。在北半球，从夏至到秋分为夏季，北极圈内整天都处在太阳的照射下，是“极昼”；南极圈内却在背太阳的一侧，是“极夜”；北半球是昼长夜短，南半球夜长昼短。夏至以后，太阳不继续向北移动，而是逐日南返向赤道移动，所以北纬23°27ˊ线称为北回归线。当阳光回到赤道，其赤纬角为0°，是秋分。这时，南北半球昼夜又等长。当阳光继续向南半球移动到冬至日，阳光直射南回归线，即南纬23°27ˊ，其赤纬角为-23°27ˊ，且切过南极圈，即南纬66°33ˊ线。这时的情况恰好与夏至日相反，在北半球从冬至到知识单元1建筑日照的要求与地球绕太阳运行的规律1.2地球绕太阳运行的规律春分为冬季南极圈内为“极昼”，北极圈内为“极夜”，南半球昼长夜短，北半球昼短夜长。冬至以后，阳光又向北移动返回赤道，当回到赤道时又是春分，如此周而复始，年复一年。全年主要季节的太阳赤纬角δ，见表11-1。地球公转的同时，还绕地轴自转。自转一周为一天，即24小时，一天中不同的时刻有不同的时角，以Ω表示。地球自转一周为360°,因而每小时的时角为15°。即：Ω=15t式中Ω——时角（°)；

t——时数（h）知识单元1建筑日照的要求与地球绕太阳运行的规律1.2地球绕太阳运行的规律知识单元1建筑日照的要求与地球绕太阳运行的规律1.3太阳高度角和太阳方位角如图11-2所示，太阳光线与地平面之间的夹角hs称为太阳高度角。太阳光线在地平面上的投影线与地平面正南线之间的夹角As称为太阳方位角（东偏为负，西偏为正）。任何一个地区，在日出、日落时，太阳高度角hs＝0°，一天中的正午，即指当地太阳时12时，高度角最大，此时太阳位于正南（As＝0）。任何一天内，上、下午太阳的位置对称于中午，例如下午14时15分对称于上午10时45分，下午15时15分的太阳高度角和方位角的数值与上午8时45分相同，只是方位角的符号相反而己。知识单元1建筑日照的要求与地球绕太阳运行的规律1.4太阳高度角和方位角的确定1．太阳高度角hs

太阳高度角hs的计算公式为sinhs=sinφsinδ+cosφcosδcosΩ式中

hs——太阳高度角，单位为度(°)；φ——地理纬度，单位为度(°)；δ——赤纬角，单位为度(°)；Ω——时角，单位为度(°)。2．太阳方位角As太阳方位角As的计算公式为知识单元1建筑日照的要求与地球绕太阳运行的规律1.4太阳高度角和方位角的确定式中

As——太阳方位角，单位为度(°)。3．日出、日落时角和太阳方位角因日出日没时hs=0°，代入以上两式有：cosΩ=-tanφtanδ4．中午的太阳高度角将Ω=0°代入式（11-2）得hs=90°-（φ-δ）

当φ>δ时知识单元1建筑日照的要求与地球绕太阳运行的规律1.4太阳高度角和方位角的确定hs=90°-（δ-φ）

当φ<δ时[例11-1]

求沈阳地区（φ=41°46ˊ）夏至日中午的太阳高度角。[解]

夏至日的δ=23°27ˊ，由（11-6）得hs=90°-（φ-δ）=90°-（41°46ˊ-23°27ˊ）=71°41ˊ太阳的位置在观测点的南面。[例11-2]

求北纬35°地区在立夏日午后15时的太阳高度角和方位角。[解]

已知φ=+35°；δ=+15°；Ω=15×3°=45°，sinhs=sin35°×sin15°+cos35°×cos15°×cos45°=0.708hs=45°06ˊ知识单元1建筑日照的要求与地球绕太阳运行的规律1.4太阳高度角和方位角的确定As=75°15ˊ我国以东经120°的太阳时为依据作为北京时间的标准，即我国的标准时间。日照设计所用时间均为地方平均太阳时，它与日常钟表所指的标准时间之间，往往有一差值。根据天文公式，地方平均太阳时与标准时之间的转换关系如下：T0=Tm+4(L0-Lm)式中

T0——标准时间，单位为时:分；Tm——地方平均太阳时，单位为时:分；1.5地方时与标准时知识单元1建筑日照的要求与地球绕太阳运行的规律1.5地方时与标准时L0——标准时间子午圈所处的经度，单位为度(°)；Lm——地方时间子午圈所处的经度，单位为度(°)。4(L0-Lm)——时差，单位为分钟。[例11-3]

求广州地区（东经113°19ˊ）地方平均太阳时12时对应的北京时间。[解]由式(11-8)得T0=Tm+4(L0-Lm)=12时+4分钟×(20°-113°19ˊ)=12时27分即广州地区地方平均太阳时12时相当于北京时间12时27分。知识单元2棒影日照图的原理及应用2.1棒影日照图的基本原理Hˊ＝HcothsAsˊ＝As+180°知识单元2棒影日照图的原理及应用2.1棒影日照图的基本原理知识单元2棒影日照图的原理及应用2.2棒影日照图的应用1.确定建筑物的阴影区[例11-4]

求北纬40°地区一幢高20m，平面呈冂形，开口部分朝北的平屋顶建筑物（见图11-5），夏至上午10点在周围地面上形成的阴影区。[解]首先将绘于透明纸上的平屋顶房屋的平面图覆盖于棒影日照图上，使平面图上A点与棒影日照图上的O点重合，并使两图的指北针方向一致。平面图的比例最好与棒影日照图比例一致。当比例不同时，要注意棒影日照图上的影长折算。因建筑平面图比例为1:500，故棒高4cm代表20m。A点的落影应在10点这根时间线的4cm的影点Aˊ处，连接AAˊ线即为建筑物过A处外墙角的影。知识单元2棒影日照图的原理及应用2.2棒影日照图的应用用相同的方法，求出B、C、E、F、G诸点的影Bˊ、Cˊ、Eˊ、Fˊ、Gˊ。根据房屋的形状，依次连接AAˊBˊCˊC和EEˊFˊGˊ，并从Gˊ作与房屋东西向平行的平行线，即求得房屋阴影区的边界。2.确定建筑物室内的日照区[例11-5]

如图11-6所示，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。[解]首先使房间平面的比例及朝向与棒影图相一致，再将棒影图O点置于窗边的外线A点及B点。知识单元2棒影日照图的原理及应用2.2棒影日照图的应用从图的14点射线上找出一个单位影长的A1及B1，连A1B1虚线代表窗台外边线的投影轨迹，再扣除墙厚16cm得A1ˊB1ˊ线，即为实际的窗台落影线，再由此射线上找出2.5单位的影长点A2.5及B2.5，再连接A1ˊA2.5B2.5B1ˊ即为该时刻的日照面积，日照深度可在房间平面上直接量出。窗愈高，则日照深度愈大。投影于墙面上的日影，可参见立面图。由图可知，窗边在墙面的落影是平行投影关系。因此，若把墙面展开，则窗边A在墙面的落影长度CCˊ，可由地面落影CA2.5折算为单位实长求出，再将Cˊ与D点相连，CCˊD即为在墙面上的日照面积。同理可求出其他时刻的投影。如将各个时间的日照面积连接起来，即为一天内室内的日照面积范围。3.确定建筑物的日照时间、朝向和间距这类问题不能直接利用棒影日照图，需将其旋转180°后再使用。（1）确定日照时间知识单元2棒影日照图的原理及应用2.2棒影日照图的应用[例11-6]

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1m，房间外围建筑如图11-7所示。[解]图中B1幢房屋高9m、B2高3m、B3高6m。由于减去1m窗台高，故B1相对窗台高8m，B2相对窗台高2m，B3相对窗台高5m。将棒影日照图O点与P点重合，使棒影图的南北向旋转180°，并与建筑朝向重合。由于窗口有一定厚度，故P点只在∠QPR的采光角范围内才能受照射。由图内找出5个单位影长的轨迹线，知识单元2棒影日照图的原理及应用2.2棒影日照图的应用则B3平面图上的CˊDˊ与轨迹相交，可见Cˊ是有无照射的分界点。而平面上的ABCˊDˊD，均在轨迹线范围内，故这些点均对P点有遮挡，由时间线查出10点10分之前均遮挡P点。对于B2幢来说，因为在2个单位影端轨迹线之外，故对P点无遮挡。同理，B1平面在棒影图8个单位影端轨迹之内，故对P点有遮挡，时间由13点30分到日落。因此P点实际受到日照的时间是从10点10分到13点30分，共3小时20分。（2）选择朝向和间距[例11-3]

如图11-8所示，图中前