城市规划中的日照分析

城市规划中的日照分析杭州市城市规划信息中心陈晓勇2013年12月建筑工程日照分析一、日照的基本原理1、太阳辐射原理2、日照的作用3、地球运用的规律4、棒影日照的原理与制作二、中国建筑日照标准的演变1、国外建筑的日照标准2、国内建筑日照标准的演变3、日照间距的计算方法4、国内涉及日照的法律法规三、建筑日照计算的研究1、浙江省城市建筑工程日照分析技术规程2、建筑日照计算参数标准（送审稿）四、日照分析案例1、日照分析理解误区2、规划管理与设计注意事项建筑日照分析一、日照的基本原理1、太阳辐射原理2、日照的作用3、地球运用的规律4、棒影日照的原理与制作一、日照的基本原理1、太阳辐射太阳是一个主要由氢和氦组成的炽热的气体火球半径：6.96x105km（地球半径的109倍）质量：约为1.99x1027t（地球质量的33万倍）表面有效温度：约6000K中心区域温度：1500万K建筑日照分析一、日照的基本原理1、太阳辐射太阳的能量主要来源于氢聚变成氦的聚变反应，每秒有6.57x1011kg的氢聚合生成6.53x1011kg的氦，连续产生3.90x1023kW的能量。以电磁波的形式以3x105km/s的速度穿越太空射向四面八方，地球只接收到总辐射的22亿分之一。建筑日照分析一、日照的基本原理1、太阳辐射：世界气象组织(WMO)1981年公布的太阳常数值是1368瓦/米2。地球大气上界的太阳辐射光谱的99％以上在波长0.15～4.0微米之间。其中可见光区占太阳辐射总能量的约50%，红外区约43%，紫外区约7%。实线是大气上界的太阳辐射光谱；虚线是温度在6000K时的黑体辐射光谱。建筑日照分析一、日照的基本原理1、太阳辐射太阳光谱：主要来自太阳表面绝对温度约六千度的黑体辐射，770～622nm，视觉为红色；622～597nm，橙色；597～577nm，黄色；577～492nm，绿色；492～455nm，蓝靛色；455～390nm，紫色。建筑日照分析一、日照的基本原理大气条件对太阳辐射的影响：被大气的分子、微尘、水汽等吸收、散射和反射。到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和称为总辐射。建筑日照分析一、日照的基本原理影响太阳辐射的因素：高度角、大气质量、大气透明度、纬度、海拔、云量等。太阳高度角：太阳在地平线以上的高度以地平面与太阳光入射线之间的夹角。太阳高度角正午大于早晚；夏季大于冬季；低纬度地区大于高纬度地区.海拔越高，大气透明度越好，从太阳投射来的直接辐射量也就越高.建筑日照分析一、日照的基本原理大气质量：是太阳光线穿过地球大气的路径与太阳光线在天顶角方向时穿过大气路径之比，并假定在标准大气压（1atm）和气温（0oC）时，海平面上太阳光线垂直入射的路径为1。地球大气上界的大气质量为零。当太阳高度角为30o时，m=2。在各太阳高度时的大气质量h(度)906030105310m11.152.05.610.415.427.035.4大气质量m随太阳高度的增高而减小，当太阳高度低时，m值的增大特别迅速。建筑日照分析大气质量示意图一、日照的基本原理A为地球海平面上一点，O，O为大气上界的点。太阳在天顶位置时，太阳光线路程OA为大气质量。太阳位于S点时，大气质量为：Z1()secsinO'AmhOAhh≥30o时，计算值与大气质量的观测值非常接近，其精度达0.01；当h30o时，由于折射和地面曲率的影响增大，计算结果不准确。太阳电池应用系统工程计算中:1/22()1229(614sin)614sinmhhh世界太阳能分布最高地区：印度+巴基斯坦、中东、北非、澳大利亚和新西兰；中高地区：美国、中美和南美南部；中等地区：西南欧洲、巴西、东南亚、大洋洲、中国、朝鲜和中非；中低地区：东欧和日本；最低地区：加拿大和西北欧洲。世界太阳能分布建筑日照分析建筑日照分析中国太阳能资源分布建筑日照分析一、日照的基本原理2、日照的作用与建筑对日照的要求日照：物体表面被太阳光直接照射的现象（与采光有区别）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（因各地海拔、云量等不同）日照百分率＝×100%实照时数可照时数建筑日照分析名称波段(nm)占总能量的比例（%）效应作用可见光400—76050光效应植物光合作用、心情愉悦等红外区76043热效应加热地球、大气、建筑和生物等紫外区4007化学效应杀菌消毒、促进种子萌发和人体vd等一、日照的基本原理太阳主要波段的作用建筑日照分析一、日照的基本原理•日光能促进维生素D3的生成，维生素D3能增强人体免疫功能；•日光能影响人的身高，因为太阳放射出来的紫外线，能使人体皮肤内的脱氧胆固醇转变为维生素D，而维生素D正是骨骼吸取和富集钙的重要条件；•北京地区年日照量约为2778.7小时，青年男子的平均身高为174.17厘米；•广州地区年日照量约为1945小时，青年男子的平均身高为168.83厘米；•成都地区处于盆地，雾日又多，年日照量仅为1239.2小时，青年男子的平均身高为166.68厘米。•日光能促进荷尔蒙的分泌，人的大脑也变得清醒感情变得丰富，工作起来兴致盎然内心一片光明。建筑日照分析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）一、日照的基本原理2.日照的作用一、日照的基本原理需争取日照的建筑幼儿园、中小学、病房、疗养院住宅、老年人居住建筑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建筑日照要求：根据建筑的不同使用性质和当地气候情况而定建筑日照分析建筑日照分析一、日照的基本原理日照分析的作用与意义提高科学的管理水平保障居民基本的居住条件与生活环境。合理有效地利用土地资源和日照资源。建筑日照计算应用领域规划、建筑设计人员规划管理行政主管部门法院、大众建筑工程日照分析一、日照的基本原理3、地球的运行规律◆公转:地球按一定的轨道绕太阳的运动。.◆黄道面:地球公转轨道.由于地轴是倾斜的，它与黄道面约成66。33‘的交角。建筑工程日照分析太阳在地球上的周日视运动一、日照的基本原理3、地球的运行规律建筑工程日照分析一、日照的基本原理3、地球的运行规律建筑工程日照分析地球轨道资料远日点距离152,097,701.0km近日点距离147,098,074.0km轨道半长轴149,597,887.5km轨道半短轴149,576,999.826km轨道周长924,375,700.0km轨道偏心率0.016710219平均公转速度29.783km/s（107,218km/h）最大公转速度30.287km/s（109,033km/h）近日点最小公转速度29.291km/s（105,448km/h）远日点建筑工程日照分析地球物理特征椭圆率0.0033529平均半径6,372.797km赤道半径6,378.137km两极半径6,356.752km纵横比0.9966471赤道圆周长40,075.13km子午圈圆周长40,007.86km平均圆周长40,041.47km赤道表面重力加速度9.7801m/s^2宇宙速度11.186km/s（39,600km/h）恒星日0.997258d（23.934h)赤道旋转速率465.11m/s轴倾斜23.439281°建筑日照分析◆太阳赤纬角δ:太阳光线与地球赤道面所夹的圆心角来表示.◆时角Ω:地球自转一周为360o，因而每小时的时角为15o.即时角Ω=15t,t表示时数。正午时为0，下午为正，上午为负。建筑日照分析太阳高度角和方位角的确定◆太阳光线与地平面间的夹角hs称为太阳高度角。◆太阳光线在地平面上的投射线与地平面正南线所夹的角As称为太阳方位角。建筑日照分析太阳轨迹正投影图建筑日照分析建筑日照分析太阳高度角的计算建筑日照分析日出、日落的时角和方位角建筑日照分析【例】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建筑日照分析24节气太阳赤纬及日变化值西班牙摄影师以西班牙境内的国家公园为背景，由2003年03月开始至2004年03月结束，坚持每隔7天固定在早上9:15，相机以一固定角度拍摄天空中的太阳，最后将全年53周的图片完美整合在一起，成就了现在这张无与伦比的太阳全年相对运行轨迹图一、日照的基本原理3、地球的运行规律建筑日照分析建筑日照分析建筑日照分析选取几个典型城市模拟计算09:00太阳相对运行轨迹比较，A-E由北往南依次为，俄罗斯莫斯科(A北纬55.8°)、西班牙Girona(B北纬41°54′)、越南河内(C北纬21°)、新加坡（D赤道附近）、马达加斯加岛的Tananarive（E南纬18.9°）、新西兰Wellington（F南纬41°54′）。可以看到，南北地区的8字变形趋势是：越往两极走，8字越立，越接近赤道，8字几乎倒置。北半球8字是上小下大，南半球的8是上大下小。一、日照的基本原理3、地球的运行规律建筑日照分析太阳时与标准时在计算太阳高度角和方位角的公式中，时角(Ω)所用的时间为观测点的当地太阳时，或称“真太阳时”，即太阳在当地正南时为12点、地球自转一周又回到正南时为一天。●平太阳时：由于太阳在黄道上作变速运动，而黄道又向赤道倾斜，所以一年四季的真太阳日长短不等，在日常生活中使用不便。天文学上引入一个假想点，它每年和真太阳同时从春分点出发，也同时回到春分点来；不过它是从西向东在天球赤道上以均匀速度运行。这样的一个假想点叫平太阳。平太阳连续两次经过上中天的时间间隔，叫做平太阳日。1平太阳日有分为24平太阳时。●标准时（北京时间）：各地区所采用的标准时间是各国按所处地理经度位置以某一中心子午线的时间为标准时。我国地域辽阔，从东五时区到东九时区横跨5个时区。为了方便，统一采用东八时区的时间，即以东经120°的平均太阳时为全国标准时，称为“北京时间”。北京的地理经度为东经116º21′，因而北京时间与北京地方平太阳时相差约14.5分。北京时间比格林尼治时间（世界时）早8小时，即：北京时间=世界时+8小时标准时间与地方平太阳时的关系式：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）—经度时间差，min。建筑日照分析建筑日照分析【例】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。建筑日照分析•真太阳时：太阳视圆面中心连续两次上中天的时间间隔叫做真太阳日。1真太阳日又分为24真太阳时。即：真太阳时＝平太阳时+真平太阳时差。•时差：平太阳时与真太阳时之间的时间差。由于真太阳的周年视运动是不均匀的，因此，时差也随时都在变化着，有时为正，有时为负，但与地点无关，一年当中有4次为零，并有4次达到极大，变化范围约在-14分到+16分之间。暦元2000的數值如下：極小值−14:152月11日零點00:004月15日極大值+3:415月14日零點00:006月13日極小值−06:307月26日零點00:0