建筑物理-日照

第六章建筑日照§1日照的基本原理§2棒影图的原理及其应用§1日照的基本原理一、日照的作用与建筑对日照的要求1.概念日照：物体表面被太阳光直接照射的现象日照时数：表示太阳照射的时数日照率：实际日照时数与同时间内的最大可照时数的百分比同一纬度的最大可照时数是相同的实际的日照时数有差异（因各地云量及其遮挡太阳时间不同）§1日照的基本原理有利促进生物机体新陈代谢(生物学反应)杀菌,预防和治疗疾病(适度紫外线作用)良好的取暖和干燥作用(红外辐射作用)增强建筑物立体感(阴影作用)不利易疲劳、降低效率室内过热(导致能量消耗增加)产生眩光(损害视力)物品损坏(褪色、变质、爆炸)危害人体健康、致病（过度紫外线作用）2.日照的作用§1日照的基本原理3.建筑对日照的要求需争取日照的建筑病房、幼儿活动室——要求中午前后的阳光农业用日光室——要求整天的阳光居住建筑——要求一定时间的日照需避免日照的建筑要防止室内过热炎热地区的建筑纺织冶炼车间等展览室、绘图室、阅览室、精密仪器车间、化工厂、实验室、药品仓库等要避免眩光和防止引起化学反应根据建筑的不同使用性质和当地气候情况而定为什么呢?§1日照的基本原理4.建筑日照设计的目的确定楼间距和朝向确定建筑体形、位置和形式房间平面布置确定进深、窗户构造尺寸确定道路宽度确定遮阳构件的形式、尺寸、构造§1日照的基本原理住宅室内的日照标准决定住宅日照标准的主要因素：所处的地理纬度及气候特征所处城市的规模大小日照质量日照时间的积累每小时日照面积日照时数日照质量《城市居住区规划设计规范》日照标准建筑气候区划Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、VII气候区Ⅳ气候区Ⅴ、Ⅵ气候区大城市中小城市大城市中小城市日照标准日大寒日冬至日日照时数(h)≥2≥3≥1有效日照时间带(h)8～169～15日照时间计算起点底层窗台面幼儿园、中小学、病房、老年人居住建筑：冬至日≮2h§1日照的基本原理§1日照的基本原理§1日照的基本原理二、地球绕太阳运行的规律1.公转：地球按一定轨道绕太阳的运动，公转一周的时间为一年2.黄道面：地球公转的轨道平面，地球自转轴与黄道面成66.5°夹角（一）概念3.赤纬δ：太阳光线与地球赤道平面之间的夹角。从赤道平面算起，向北为正，向南为负，是表证不同季节的数值，全年在±23.5°之间变化。一年中不同季节有不同的太阳赤纬。§1日照的基本原理§1日照的基本原理主要季节的太阳赤纬角δ值季节日期赤纬d日期季节夏至6月21日或22日+23°27′小满5月21日左右+20°00′7月21日左右大暑立夏5月6日左右+15°00′8月8日左右立秋谷雨4月21日左右+11°00′8月21日左右处暑春分3月21日或22日0°9月22日或23日秋分雨水2月21日左右-11°00′10月21日左右霜降立春2月4日左右-15°00′11月7日左右立冬大寒1月21日左右-20°00′11月21日左右小雪-23°27′12月22或23日冬至§1日照的基本原理4.纬度：地球表面某地的纬度是该点对赤道平面偏北或偏南的角位移。赤道纬度为零，由赤道向两极各分90°，北半球称北纬，南半球称南纬（无正负）5.时角Ω：通过地心O点与观察点P的连线OP在地球赤道平面上的投影与当地时间12点时日地中心连线在赤道平面上的投影之间的夹角。地球自转一周为一天，不同的时间有不同的时角Ω=15t（度）t—太阳经正午后至观测时所经时间（午后正，午前负）§1日照的基本原理§1日照的基本原理6.太阳高度角hs：太阳光线与地平面之间的夹角。日出、日落时太阳高度角为零，一天中正午时分即当地太阳时12时太阳高度角最大。7.太阳方位角As：太阳光线在地平面上的投射线偏离南向的角度。以正南点为零，顺时针方向的角度为正值，表示太阳位于下午的范围；反时针方向的角度为负值，表示太阳位于上午的范围hsAs§1日照的基本原理三、太阳高度角和方位角的确定2.影响太阳高度角和方位角的因素①赤纬δ：表明季节（即日期）的变化②时角h：表明时间的变化③纬度：表明观察点所在的位置1.目的：用于进行日照时数、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的设计。3.计算式：coscoscossinsinsinhs求太阳高度角§1日照的基本原理求太阳方位角coscoshsinsinsinhcossssA求日出、日落的时角和方位角tgtgcoscossincossA中午的太阳高度角90sh90sh＞＞§1日照的基本原理【例6-1】求北纬35°地区在立夏日午后3点的太阳高度角和方位角。【解】35154531515t708.045cos15cos35cos15sin35sincoscoscossinsinsinhs0445sh255.035cos45cos15sin35sin45sincoscoshsinsinsinhcossssA1575sA§1日照的基本原理【例6-2】求北纬35°地区在夏至日的日出、日落时刻和方位角。【解】3527230sh3.045.2335costgtgtgtg4858.035cos45.23sincossincossA45107日出时刻日落时刻4510704119sA日出时刻04119sA日落时刻-7时11分7时11分4时49分19时11分§1日照的基本原理【例6-3】求北纬23°8′和北纬40°夏至日中午的太阳高度角。【解】823272304027732723409090　hs418982327239090sh北纬40°地区＞北纬23°8′地区＞§1日照的基本原理四、地方时与标准时日照设计所用时间均为地方时，日常钟表指示的时间为标准时日照设计时需换算1.概念：①地方时：即当地平均太阳时，是日照时间所用时间②平均太阳时：以太阳通过该地的子午线时为正午12点来计算一天的时间③世界时：本初子午线处的平均太阳时④标准时：各国家按所处地理位置的某一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间我国从东5时区到东9时区横跨5个时区，标准时间为东经120°（东8时区）的平均太阳时，称北京时间。§1日照的基本原理2.关系式：⑤本初子午线：穿过伦敦的格林威治天文台的子午线（经线），是经度的零度线，自零度线向东和向西各分180°，称为东经和西经。T0=Tm＋4（L0－Lm）式中T0—标准时间，min；Tm—地方平均太阳时，min；L0—标准时间子午线的经度，deg；Lm——当地时间子午线所在处的经度，deg；4（L0－Lm）—时差，min。§1日照的基本原理【例6-4】求广州地区地方平均太阳时12点钟相当于北京标准时几点几分。【解】19113mLhTm121200Lmin271219113120412400hhLLTTmm即相当于北京标准时间12时27分。§1日照的基本原理容易混淆的问题：1.赤纬δ值有正负之分，从赤道平面算起，向北为正，向南为负。2.纬度无正负之分，赤道为零，由赤道向两极各分90°，北半球称北纬，南半球称南纬。3.时角h有正负之分，一天中正午即当地平均太阳时12时（地方时）为零，午前为负，午后为正。每小时的时角为15°。4.太阳高度角无正负之分，日出、日落时太阳高度角为零，一天中正午即当地平均太阳时12时（地方时）高度角最大。5.太阳方位角A有正负之分，观察点所在地平面的正南点为零，顺时针方向的角度为正值（下午时分），反时针方向的角度为负值（上午时分）。6.正午或中午指当地平均太阳时12点（地方时），下午2时指标准时间。§2棒影图的原理及其应用一、棒影日照图基本原理及制作sctghHHsctgh不变时H与H成正比§2棒影图的原理及其应用棒影日照图表示的内容：位于观察点之直棒在某一时刻的影长及方位角HsAHsA180ssAAHaoctghs/某时刻太阳高度角和方位角的计算：§2棒影图的原理及其应用棒影日照图的制作步骤：计算某日各时刻的方位角和高度角假定棒高H=1cm，求影长和影方位角时间项目日出789101112日落1716151413高度角hs0°3°24′15°24′26°8′35°4′41°12′43°27′方位角As±46°22′±62°38′±55°31′±46°17′±34°6′±18°30′0°影长∞19.673.632.031.421.141.06影方位角180ssAAsctghHHHcoscoscossinsinsinhscoscoshsinsinsinhcossssA§2棒影图的原理及其应用图上应注明纬度、季节日期、比例及指北方向等§2棒影图的原理及其应用二、用棒影日照图求解日照问题（一）建筑物阴影区和日照区的确定1.建筑阴影区的确定【例】北纬40°地区，建筑高度20m，开口朝北，平屋顶，夏至日10点钟§2棒影图的原理及其应用2.室内日照区确定【例】广州地区，正南朝向，窗台高1m，窗高1.5m，墙厚16cm，冬至日14点钟§2棒影图的原理及其应用(二)确定建筑物日照时间和遮阳尺寸§2棒影图的原理及其应用正南低层P点窗台高1m，B1高9m，B2高3m，B3高6m。P点实际受到日照时间§2棒影图的原理及其应用北纬40°地区冬至日需日照时数正午前后3h前楼高15m，正南朝向3h1.7H′2.建筑朝向与间距的选择§2棒影图的原理及其应用3.遮阳尺寸的确定朝南偏东10度窗宽1.5m，窗高2m，墙厚0.18m秋分日上午9点到下午1点遮阳窗比例1：50棒影图比例1：100基地选择：向阳的平地或山坡建筑前方避免固定遮挡选择最佳朝向范围、日照间距群体布局：错列排列、点状与条状结合、围合§2棒影图的原理及其应用Think，在满足日照要求的基础上如何增加建筑密度？屋顶设计考虑有效日照时间段（10时至14时）§2棒影图的原理及其应用建筑外形设计根据太阳高度角最低的时间（12月21日）确定建筑北向围合体的坡度根据太阳高度角最高的时间（6月21日）确定建筑南向围合体的坡度§2棒影图的原理及其应用楼间距计算：—后栋建筑墙面法线与太阳方位的夹角，=A-a；H1—计算点（后栋建筑底层窗台）高度，m；H0—前栋建筑高度，m；D0—日照间距，m；β—太阳高度角；A—太阳方位角；a—墙面方位角，南偏西为正，偏东为负。coscot100）（HHD§2棒影图的原理及其应用高度角相同，方位角和时角符号相反5996.020cos15cos0131cos20sin0131sinsin）（）（【例】设上海平坦场地上有前后两栋高均为18m的正南建筑，要求大寒日底层在正午前后得到2小时满窗日照，窗台高度1.2m，求楼间距。【解】0131201512131515）（th已知：11：00-13：0084.36cos15sin20cossin）（A84.3669.17Am4.21069.17cos84.36cot2.1180）（）（D§2棒影图的原理及其应用本章小结了解赤纬、时角、高度角和方位角理解棒影图的原理掌握高度角和方位角的计算、日照要求热学计算综合练习北京某办公建筑的外墙由外至内的做法是：20mm厚水泥砂浆；泡沫混凝土保温层；240mm厚砖墙；20mm厚白灰内粉刷层。已知Ri=0.11m2·k/W，Re=0.04m2·k/W，ti=16℃，te=-14℃，n=1，[△t]=6℃。求外墙的最小传热阻、泡沫混凝土保温层的厚度、传热系数、热流强度、内部温度、内外表面温度和外墙的总蒸汽渗透阻。分析讨论轻型结构和重型结构在维持房间稳定性和保温隔