《建筑日照》PPT課件 (2).ppt

第三章 建筑日照,3-1 建筑日照的基本知識(shí) 3-2 棒影日照?qǐng)D, 3-1 建筑日照基本知識(shí),一、地球繞太陽(yáng)運(yùn)行規(guī)律 地球繞地軸自轉(zhuǎn)同時(shí)繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，地球公轉(zhuǎn)的軌道平面稱(chēng)為黃道面。由于地軸(即地球南北極聯(lián)線)是傾斜的，與黃道面成66。33的交角；而且在公轉(zhuǎn)運(yùn)行中，這個(gè)交角和地軸的傾斜方向都是不變的，這樣就使太陽(yáng)光線的照射范圍在南北緯23。27之間作周期性變動(dòng)，從而形成一年中春、夏、秋、冬四季的更替。,春分( 0)， 夏至( 十23。27)，秋分( o)， 冬至( -23。27 ),地球在公轉(zhuǎn)中，陽(yáng)光照射地球的變動(dòng)范圍用赤緯表示。赤緯即太陽(yáng)光與地球赤道面的夾角。,赤緯從赤道面算起，向北為正，向南為負(fù)。春分時(shí)(約在3月21日)，太陽(yáng)光線與地球赤道面平行，赤緯為0。陽(yáng)光直射赤道，并且正好切過(guò)兩極、南、北半球的晝夜均等長(zhǎng)。春分以后，赤緯逐漸增加，到夏至(約在6月22日)赤緯 23。27達(dá)到最大值，太陽(yáng)光線直射地球北緯23。27，即北回歸線上。以后，赤緯一天天變小，秋分日(約9月22日)赤緯 0。在北半球，從夏至到秋分為夏季，北極圈處在向太陽(yáng)一側(cè)；北半球晝長(zhǎng)夜短，南半球夜長(zhǎng)晝短。到秋分時(shí)又是日夜等長(zhǎng)。當(dāng)陽(yáng)光繼續(xù)向南半球移動(dòng)，到冬至日(約l 2月22日)陽(yáng)光直射南緯23。27，即南回歸線，赤緯 一23。27。這情況恰好與夏至日相反。冬至以后，陽(yáng)光又向北移動(dòng)返回赤道，至春分太陽(yáng)光線與赤道面平行，如此周而復(fù)始。,為了進(jìn)一步確定太陽(yáng)對(duì)地球上某點(diǎn)的相對(duì)位置，可以根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，假定地球不動(dòng)而太陽(yáng)繞地球旋轉(zhuǎn)，以地球上的一觀測(cè)點(diǎn)為圓心O，以任意長(zhǎng)度為半徑，作一假想球面，設(shè)天空中一切星體包括太陽(yáng)均在此球面上作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)球稱(chēng)為天球。在天球圖上有天軸與地軸平行，有天球赤道面與地球赤道面平行，并以赤緯圈表示一天里太陽(yáng)在天球上運(yùn)行的軌跡；此外，過(guò)地球上觀測(cè)點(diǎn)O作與地球的切面與天球相接成的大圓，即O點(diǎn)的地平面，從O點(diǎn)作一與地平面相垂直的線與天球相交稱(chēng)為天頂。天頂線與天球赤道面的交角表示了觀測(cè)點(diǎn)的地理緯度( )。對(duì)觀測(cè)者來(lái)說(shuō)，任何一天、任何時(shí)刻的太陽(yáng)位置，在天球圖上均可用赤緯()和時(shí)角(t)表示，稱(chēng)為天球坐標(biāo)。,二、天球坐標(biāo),時(shí)角是按照地球自轉(zhuǎn)一周(24小時(shí))相當(dāng)于太陽(yáng)在天球圖上繞天軸一周即360度的原理，不同的時(shí)角可表示在一天里不同時(shí)間的太陽(yáng)位置，以其所在時(shí)間的角度表示，即l小時(shí)相當(dāng)于時(shí)角15度。并規(guī)定以太陽(yáng)在觀測(cè)點(diǎn)正南向，即當(dāng)?shù)貢r(shí)間正午l 2時(shí)的時(shí)角為0度，這時(shí)的時(shí)圈稱(chēng)為當(dāng)?shù)氐淖游缛?，?duì)應(yīng)于上午的時(shí)角(12時(shí)以前)為負(fù)值，下午的時(shí)角為正值。,人在地平面觀測(cè)太陽(yáng)位置，需用地平坐標(biāo)，即以高度角和方位角表示太陽(yáng)位置，太陽(yáng)光線與地平面夾角(h)稱(chēng)為太陽(yáng)高度角，太陽(yáng)光線在地平面上的投影線與地平面正南方向所夾的角(A)稱(chēng)為太陽(yáng)方位角。 任何一個(gè)地區(qū)，在日出、日落時(shí)，太陽(yáng)高度角為零；一天中在正午，即當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)為12點(diǎn)的時(shí)候，高度角最大，在北半球此時(shí)的太陽(yáng)位于正南。太陽(yáng)方位角以正南為0度，順時(shí)針?lè)较虻慕嵌葹檎?，表示太?yáng)位于下午的范圍；逆時(shí)針?lè)较虻慕嵌葹樨?fù)值，表示太陽(yáng)位于上午的范圍。在任何一天里，上、下午太陽(yáng)的位置對(duì)稱(chēng)于中午，例如下午1點(diǎn)對(duì)稱(chēng)于上午11點(diǎn)，二者太陽(yáng)的太陽(yáng)高度角和方位用的數(shù)值相同，只是方位角的符號(hào)相反。,三、地平坐標(biāo),在天球圖上，根據(jù)觀測(cè)點(diǎn)所在的緯度，也可用高度角和方位角表示太陽(yáng)的位置，如圖中L為太陽(yáng)在天球圖上位置。,將赤緯( 、時(shí)角(t)、緯度( )和高度角(h)、方位角(A)，同時(shí)表示在天球圖上,用球面三角原理即可得出用赤緯、時(shí)角和地理緯度表示的太陽(yáng)高度角和方位角。,在以上計(jì)算太陽(yáng)高度角和方位角的公式中，時(shí)角(t)所用的時(shí)間為觀測(cè)點(diǎn)的當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)，或稱(chēng)“真太陽(yáng)時(shí)”，即太陽(yáng)在當(dāng)?shù)卣蠒r(shí)為12點(diǎn)、地球自轉(zhuǎn)一周又回到正南時(shí)為一天。但地球自轉(zhuǎn)速度并不完全均勻，為計(jì)算方便，按一天為24小時(shí)計(jì)算稱(chēng)“地方平均太陽(yáng)時(shí)”。真太陽(yáng)時(shí)與平均太陽(yáng)時(shí)之間的差稱(chēng)為均時(shí)差(EP)。 EP的變化范圍約在一14分到十16分之間。,四、太陽(yáng)時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí),各地區(qū)所采用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是各國(guó)按所處地理經(jīng)度位置以某一中心子午線的時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)是以東經(jīng)度作為北京時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際上以穿過(guò)英國(guó)倫敦格林威治天文臺(tái)的經(jīng)線為本初經(jīng)線，是經(jīng)度的零度線，由此向東和向西各分為180度，稱(chēng)為東經(jīng)和西經(jīng)。,地方經(jīng)度在中心經(jīng)度以西時(shí)，經(jīng)度每差1度地方時(shí)比標(biāo)準(zhǔn)時(shí)提前4分鐘；在中心經(jīng)度以東時(shí)，經(jīng)度每差1度地方時(shí)比標(biāo)準(zhǔn)時(shí)推后4分鐘。,4-換算系數(shù)，分度。,對(duì)一般建筑日照工程，所用的時(shí)間不需要十分精確，為簡(jiǎn)化計(jì)算，修正值EP可忽略，則當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)時(shí)的關(guān)系為：,例如我國(guó)廣州市的經(jīng)度為113度19分，在我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)度120度以西6度41分，則廣州地方時(shí)12點(diǎn)相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)時(shí) 12點(diǎn)26分44秒。,五、 建筑日照間距的確定,建筑物日照間距的計(jì)算：,建筑物必需的日照間距，常以在冬至日(12月22日)或大寒日(1月22日)保證室內(nèi)在正午前后有不少于1小時(shí)或2小時(shí)的日照時(shí)間來(lái)確定的。在小區(qū)規(guī)劃中。如果巳知前后兩棟建筑的朝向及其外形尺寸，以及建筑所在的地理緯度，則可用計(jì)算法按照當(dāng)?shù)厮?guī)定日期各小時(shí)的太陽(yáng)高度角和方位角，計(jì)算出為保證規(guī)定的日照時(shí)間所需間距，基本的計(jì)算公式為：,H-前棟建筑計(jì)算高度(前棟建筑總高減后棟建筑第一層窗臺(tái)高) ； h-太陽(yáng)高度角度； -后棟建筑墻面法線與太陽(yáng)方位角的夾角，即太陽(yáng)方位角與墻面方位角之差。寫(xiě)成計(jì)算式為： =A-a a墻面法線與正南方向所夾的角，度；以南偏西為正，偏東為負(fù)。,例：北京( 40。)有一組住宅建筑，室外地平的高度相同，設(shè)其朝向正南，后棟建筑一層窗臺(tái)高1.5m(距室外地平)，前棟建筑總高15m(從室外地平至檐口)，要求后棟建筑在大寒日正午前后有2小時(shí)日照，求其必需的建筑間距。,解 確定太陽(yáng)赤緯角和時(shí)角：查表得大寒日(1月22日赤緯角為-20。，由于建筑朝向正南，若要正午前后有2小時(shí)日照則最理想的日照時(shí)間是從11點(diǎn)到13點(diǎn)。在11點(diǎn)和13點(diǎn)二者的太陽(yáng)高度角相同而方位角的正負(fù)號(hào)相反，因此，可以只取其中一個(gè)時(shí)角即可。如取11點(diǎn)，則其時(shí)角t計(jì)算為：,計(jì)算建筑日照間距：,如建筑地點(diǎn)、高度及日照要求均與上例相同，但建筑朝向?yàn)槟掀珫|15。求最小建筑日照間距。,作業(yè)5,教材P63第1、2、5題, 3-2 棒影圖及其應(yīng)用,1棒影圖繪制原理：,在地面上0點(diǎn)立一高度為H的垂直棒oa，在已知某時(shí)刻的太陽(yáng)方位角A和高度角h的情況下，太陽(yáng)照射到棒的頂端a在地面上的投影為a，則棒影aa的長(zhǎng)度L應(yīng)為L(zhǎng)Hctgh,即在太陽(yáng)高度角相同時(shí),棒高增加則影長(zhǎng)也按比例增加。影的方向則反映了日照方向。日照方位角A與影的方位角A間的關(guān)系為AA-180。,棒影日照?qǐng)D是以地面上某點(diǎn)的棒及其影的關(guān)系來(lái)描述太陽(yáng)運(yùn)行的規(guī)律，也就是以棒在直射陽(yáng)光下產(chǎn)生的棒影端點(diǎn)移動(dòng)的軌跡，來(lái)代表太陽(yáng)運(yùn)行的軌跡 。而棒影軌跡線的制作基礎(chǔ)在于求出棒影影長(zhǎng)L及方位角A。 1）.通過(guò)A和h的計(jì)算，求出影長(zhǎng)LHctgh及影線方位角AA +180。 2）.以棒高及南北極為基礎(chǔ)建立正交坐標(biāo)系，并在其上分別制作相應(yīng)于不同高度1H、2H、3H、4H、的棒影軌跡線，標(biāo)上地理緯度及季節(jié)，即為所求棒影日照?qǐng)D。,2.棒影日照?qǐng)D的制作步驟：,3. 棒影日照?qǐng)D的應(yīng)用舉例,(1)求建筑物的陰影區(qū) 在設(shè)計(jì)某建筑物或規(guī)劃建筑群時(shí)，以居住區(qū)為例，往往并不是孤立的一幢建筑物，而是在其周邊已有或?qū)⒂衅渌ㄖ锵噜?。特別是近些年隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)建筑出現(xiàn)了高密度、高層化的趨勢(shì)，建筑物互相遮擋問(wèn)題日漸突出。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)掌握建筑物陰影的變化。,設(shè)求北緯40。地區(qū)一棟二層住宅在冬至日(12月22日)上午10點(diǎn)鐘的地面陰影。建筑平面如圖，采用1：300比尺繪成，建筑高度6m，平屋頂。,首先將繪于透明紙上的屋頂平面圖覆蓋于棒影圖上，使平面上欲求之A點(diǎn)與棒影圖上O點(diǎn)重合，并使兩圖的指北針?lè)较蛞恢隆?平面圖的比例最好與棒影圖比例一致較為簡(jiǎn)單方便。當(dāng)比例不同時(shí)，要注意棒影圖上影長(zhǎng)的折算：如棒影圖比例為1：100時(shí)，棒高1cm代表1m；比例為1：200時(shí)，棒高lcm代表2m，余類(lèi)推。在棒影圖比尺為1：100，而平面圖所用比尺為1：300，建筑高度為6m，則應(yīng)選2cm處的影長(zhǎng)代表6m高建筑的陰影。這時(shí)A點(diǎn)在上午10點(diǎn)的陰影就應(yīng)落在棒影圖的10點(diǎn)鐘線上，長(zhǎng)度在2cm的棒影處，即AA 。用相同的方法依次將B，C，DE各點(diǎn)放在棒影圖O點(diǎn)上，可求出它們的陰影B ，C ，D ,E點(diǎn)的影只有一部分落在地上，其他被建筑遮擋。依次連AA ，BB ，CC和DD等，并從A作與建筑外邊的平行線即求得建筑影區(qū)的邊界。,(2)確定建筑物的日照時(shí)間或按要求的日照時(shí)間調(diào)整建筑物間距 為了解決這一類(lèi)問(wèn)題，只需把棒影圖旋轉(zhuǎn)180。，即將其指北向改為指南向，目的是如將某一高度的棒放在其相應(yīng)的軌跡上 (如1m高的棒放在lm的棒影位置)，則棒的端點(diǎn)的影應(yīng)恰好落在棒影圖的原點(diǎn)O上，如將2m高的棒放在1m的棒影位置上，則原點(diǎn)O處必然受到棒影的遮擋而無(wú)日照,如將小于1m的棒放在1m的棒影上，則對(duì)原點(diǎn)O處日照無(wú)影響，因此，將棒影圖轉(zhuǎn)180。后，可以根據(jù)棒高及其在棒影圖上的位置判斷其對(duì)原點(diǎn)0的日照有無(wú)影響。,設(shè)有一組南偏東12。的建筑，需要在冬至日正午前后有l(wèi)小時(shí)的日照，檢查其布置是否能滿足要求？,首先將建筑平面與棒影圖相同比尺畫(huà)在透明紙上選擇后面一棟建筑中對(duì)日照不利的一點(diǎn)M(或N點(diǎn))與棒影圖O點(diǎn)相重合并使建筑對(duì)準(zhǔn)實(shí)際朝向從棒影圖中可看出A、B兩幢建筑均位于其相應(yīng)棒影的前面。肯定對(duì)M點(diǎn)的日照有遮擋，只有從兩棟建筑的間隔中可以有直射光。從O點(diǎn)向兩建筑的角部聯(lián)線OC和OD可以從時(shí)間線上看出對(duì)M點(diǎn)有日照的時(shí)間為從12時(shí)50分至14時(shí)20分總計(jì)日照時(shí)間為1.5小時(shí)，可以滿足該點(diǎn)對(duì)日照的要求。用這個(gè)方法還可以檢查其他點(diǎn)的日照。另外，如果不滿足要求，可以調(diào)節(jié)建筑的布局，直到滿足要求。,在住宅小區(qū)的布局中，滿足日照間距的要求常與提高建筑密度、節(jié)約用地存在一定矛盾。設(shè)計(jì)中若了解日照的一些規(guī)律，便可采取一些靈活的手法，既滿足建筑的間距要求，又提高建筑的密度。,4.日照間距與建筑布局,首先，可適當(dāng)調(diào)整建筑朝向，從朝向正南北改為朝向南偏東或偏西30。的范圍內(nèi)