08建熱九照遮陽

第六章建筑日照與遮陽第一節(jié)日照的基本原理日照是指物體表面被太陽直接照射的現(xiàn)象。若被照到的物體是建筑物,則稱為建筑日照.建筑日照研究日照對建筑物的影響及建筑物對日照的要求.一、日照的作用與建筑對日照的要求：1.日照的作用:陽光照射，引起動植物各種光生物學反應，促進生物體新陳代謝；陽光中的紫外線可起到預防和治療一些疾?。ㄈ绺忻啊⒅夤苎住⒈馓蚁傺缀拓E病等）作用，因此，建筑爭取適宜的日照，具有重大衛(wèi)生意義；有利的一面：研究表明，冬季的日照會對多數(shù)人產生良好的心理作用。陽光中含大量紅外線，冬季照射入室，產生輻射熱，提高室內溫度，有良好的取暖和干燥作用；日照對建筑物的造型藝術也有一定的影響，能增強建筑物的立體感，不同角度的陰影給人的藝術感覺不同。不利的一面：過量的日照，特別是南方炎熱地區(qū)的夏季，易造成室內過熱，對人體不利；陽光直射工作面上會產生眩光，損害視力，尤其在工業(yè)廠房中，工人會因室內過熱與眩光而易疲勞，降低工作效率；直射陽光對物品有褪色、變質等損壞作用；有些化學藥品被曬，還會發(fā)生爆炸的危險。

2.建筑對日照的要求建筑對日照的要求據(jù)建筑的不同使用性質而定:需要爭取日照的建筑：病房、幼兒活動室和農用日光室等，它們對日照各有特殊要求;需要避免日照的建筑有兩類：一類是防止室內過熱；另一類是避免眩光和防止化學作用的建筑，如展覽室、閱覽室、精密儀器車間，以及某些工廠，實驗室，藥品車間等。為滿足建筑對日照的要求，在設計時應按照使用要求，結合當?shù)貧夂驐l件、日照特點、地形及前后建筑的遮擋條件、房間的自然通風要求以及節(jié)約用地等因素，綜合考慮，正確地選擇房屋間距、朝向、建筑體型、窗口位置、遮陽處理等。二.地球繞太陽運行的規(guī)律建筑日照與地球相對太陽的運動即相對太陽的位置有關.地球的運動有公轉及自轉.地球上不同的位置日照的規(guī)律也有所不同.

地球上任一點的位置用地理經度和地理緯度兩個坐標值確定.1.地球上任一點位置的確定緯線圈、緯線、緯度：經度圈、經線(子午線)、經度：北緯南緯赤道本初子午線東經西經2.地球的四季變化與太陽赤緯角:地球按一定的軌道繞太陽運動——公轉，公轉一周的時間是一年。地球公轉軌道平面叫黃道面。地球的地軸與黃道面成66°33′的交角。

在公轉的過程中，地軸的傾斜方向和黃道面的交角是固定不變的。太陽光線直射地球的范圍，在南北緯23°27′之間作周期性的變化，從而形成了春夏秋冬四季的更替。

太陽赤緯角δ：太陽光線與地球赤道面所夾的角度。赤緯角從赤道面算起，向北為正，向南為負。一年當中，不同的季節(jié)，赤緯角不同。主要季節(jié)的赤緯角可以查表：三.天球

天球：地球繞太陽運行，相對來講，我們在地球上見到的卻是太陽在天空中移動。為了確切地描述太陽在天空中的位置，用相對運動的原理，假定地球不動，而太陽繞地球旋轉，以地球為中心，以地球到太陽的距離為半徑作一假想球面，太陽在這一假想球面上繞地球旋轉，這個假想的球體稱為天球。延長地軸與天球相交的兩點成為天極，PN

為北天極，PS

為南天極，PNPS

為天軸。擴展地球赤道面與天球相交所成的圓QQ′成為天球赤道。

黃赤角=23°27′赤道坐標系和地平坐標系太陽在天球上的位置每日每時都有變化，為了確定其位置，常用赤道坐標系和地平坐標系共同表示。

赤道坐標系：是把地球上的經、緯度坐標系擴展到天球，在天球上與赤道面平行的緯度圈，在天球上叫赤緯圈；在地球上通過南北極的經度圈，在天球上則稱為時圈。以赤緯和時角描述太陽在天球上的位置.▲時角：是指太陽所在的時圈與通過南點的時圈構成的夾角，單位為度。自天球北極看，順時針方向為正，逆時針方向為負。▲時角表示太陽的方位，因為太陽在天球上一天24小時內旋轉360°，所以每小時為15°。假如已知太陽經南點后至觀察時刻的位置所經歷的時間t，乘以15°，即得出在觀察時刻太陽所處位置時角Ω的度數(shù)，Ω=15t0注意：地球上某處的赤緯角隨季節(jié)變化；時角隨時間變化，12時時角為0，上午為正，下午為負。

地平坐標系：是以地平圈為基圈，用太陽高度角和方位角來確定太陽在天球中的位置

太陽高度角(hs)：是指太陽直射光線與地平面間的夾角。

太陽方位角(As)：是指太陽直射光線在地平面上的投影與地平面正南方向所夾的角。正南點As=0°，向西為正，向東為負。根據(jù)地平坐標系里對高度角、方位角的定義可以知道：在日出、日落時，任何一個地區(qū)，太陽的高度角hs=0°；一天中的正午，即當?shù)靥枙r12時，太陽高度角最大，此時太陽位于正南，即太陽方位角As=0在任何一天里，上、下午太陽的位置對稱于中午，例如下午1點對稱于上午11點，二者太陽的高度角和方位角的數(shù)值相同，只是方位角的符號相反。需要指出的是，由于地理緯度的不同，從地平面觀察到的太陽視軌跡也不一樣，因此，太陽的準確位置應按太陽的高度角和方位角來確定。1.地平坐標系的基本圈和基本點地平坐標系中的基本圈是地平圈，基本點是天頂和天底。閱讀知識:地平坐標系

地平圈就是觀測者所在的地平面無限擴展與天球相交的大圓。從觀測者所在的地點，作垂直于地平面的直線并無限延長，在地平面以上與天球相交的點，稱為天頂；在地平面以下與天球相交的點，稱為天底。在天球上，天頂和天底與地平圈的角距離均為90°，只不過一個在地平圈以上，另一個在地平圈以下。地平圈把天球分為可見半球和不可見半球兩部分。

由于天球的半徑是任意長的，而地球的半徑則相對很小，因此，觀測者所在的點可以認為是與地心重合的，地平圈也可以看成是以地心為圓心的，這與觀測者所在點的地平面在天球上是完全一致的。

通過天頂和天底可以作無數(shù)個與地平圈相垂直的大圓，稱為地平經圈；也可以作無數(shù)個與地平圈平行的小圓，稱為地平緯圈。地平經圈與地平緯圈是構成地平坐標系的基本要素。地軸的無限延長即為天軸，天軸與天球有兩個交點，與地球北極相對應的那個點叫做北天極，與地球南極相對應的那個點叫做南天極。通過天頂和北天極的地平經圈（當然也通過天底和天南極），與地平圈有兩個交點；靠近天北極的那個點為北點，靠近天南極的那個點為南點。北點和南點分別把地平圈和地平經圈等分。根據(jù)面北背南、左西右東的原則，可以確定當?shù)氐臇|點和西點，即面向北點左90°為西點，右90°為東點。這樣，就確定了地平圈上的東、西、南、北四方點。四、太陽高度角和方位角的確定：

確定和的目的：為了進行日照時數(shù)、日照面積、房屋朝向和間距以及房屋周圍陰影區(qū)范圍等問題設計。

影響和的三個因素：赤緯（表明季節(jié)或日期變化）時角（表明時間變化）地理緯度（表明觀察點所在地方的差異）

太陽高度角和方位角：●在日出、日落時hs=0°，所以其方位角和時角為下式：

如求正午時的太陽高度角，可按下式計算：●春分、秋分正午太陽高度角：●冬至日，正午太陽高度角：四.地方時和標準時

日照設計所用時間為當?shù)靥柶骄鶗r,它和日常鐘表所指示的時間有一差值,因此需要換算.平均太陽時:以太陽通過某地子午線時為正午１２點來計算當?shù)貢r間,不同的地方正午的時間不同.使用不方便,因此經國際協(xié)議,使用國際標準時.標準時:以本初子午線處的平均太陽時為世界時間的標準,叫“世界時”。將整個地球按經度化為24個時區(qū),每個時區(qū)包含地理經度15度.以本初子午線東西各7.5度為零時區(qū),向東、西各分12個時區(qū)，每個時區(qū)按其中央子午線的平均太陽時為計時標準，稱為該時區(qū)的標準時，相鄰時區(qū)的時差為1小時。我國跨越5個時區(qū)，從東５到東９。為了方便，統(tǒng)一使用東８時區(qū)的時間為全國標準時，稱為“北京時間”。北京時間和世界時相差８小時。當?shù)靥枙r與標準時之間的近似計算公式：標準時地方太陽時標準時所處的經度地方時所處的經度

4的確定：地球自轉24小時，地球經度變化36０度，每轉過經度１度時差為４min。地方位置在中心經度線以西，經度每差１度要減４min；地方位置在中心經度線在以東時，每差１度要加４min。閱讀ｐ55例題第二節(jié)棒影日照圖的原理和應用在建筑設計和城鄉(xiāng)規(guī)劃中都包含了多種建筑日照問題，而在設計中采用的方法也有很多種，并且各具特色。在這些方法之中，棒影日照圖比較簡單、直觀，用途廣泛且使用方便。因此，特就此法的原理和應用作一介紹。

一.棒影日照圖的原理

太陽相對于地球的位置不斷變化。怎樣才能把這種情況與地球表面的建筑物聯(lián)系起來呢?棒影日照圖是以地面上某點的棒及其影的關系來描述太陽運行的規(guī)律，也就是以棒在直射陽光下產生的棒影端點移動的軌跡，采代表太陽運行的軌跡。1.棒與影的關系：

設在地面上立一任意高的垂直棒。若已知某天某時刻太陽方位角和高度角，太陽照射棒的頂端在地面上投影，則有棒影的長度。如圖：棒影的方位角為：無論棒有多高，棒和影的長度關系總不變。2.棒影日照圖：

利用棒與影的關系原理，可求一天的棒影變化范圍。例如：已知春、秋分日的和，可繪出其棒影軌跡圖。如圖12-5。棒影日照圖表示兩個內容：（１）位于觀察點的直棒在某一時刻的影的長度及方位角。（２）

某一時刻太陽的高度角及方位角，可依據(jù)同一時刻影的長度和方位角的數(shù)據(jù)確定：二、棒影日照圖的繪制步驟１.棒和影的基本關系例：廣州地區(qū)(北緯23度８分)某地Ｏ點立有Ｈ=10ｍ的垂直棒,求冬至日13點棒在地面上的影長和方位.ＳＮＥＷＨＬaa’AsA,shs以廣州地區(qū)（北緯）冬至日(）為例：

求出廣州冬至日各時刻的方位角和高度角，據(jù)此求出影長及方位角。設棒高，其計算結果見下表。2、棒影日照圖的繪制步驟時間項目日出日落７17８９10111216151413方位角高度角影長影方位角繪制步驟：棒影日照圖上注明緯度、季節(jié)日期、比例及指北方向等。1:1002.

棒影日照圖的應用舉例

建筑物的高度、形體各不一樣，鄰近建筑物的情況也各不相同，甚至相差懸殊，但都可以簡化，把它們看成由一系列直立于地面的不同高度的棒所圍合而成。因此，可利用棒影日照圖解決有關建筑日照的問題。

(1)求建筑物的陰影區(qū)

在設計某建筑物或規(guī)劃建筑群時，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將有其它建筑物相鄰。特別是近些年隨著經濟的發(fā)展，城鎮(zhèn)建筑出現(xiàn)了高密度、高層化的趨勢，建筑物互相遮擋問題日漸突出。因此，在設計時也應掌握建筑物陰影的變化。

例：求北緯40度地區(qū)一幢２0m高平面呈凹形，開口部分朝北的平屋頂建筑物，夏至上午10點在周圍地面上的陰影區(qū)。(2)求建筑物室內日照面積

太陽直射光可以通過采光口照在室內的墻面和地面上。為了了解室內的日照時間、日照面積與變化范圍，對于設計窗口的位置、形式及尺寸以及進行室內設計、防止眩光等都有直接的關系。

利用棒影日照圖可以求解這類問題。

例：求廣州冬至日14點，正南朝向的室內日照面積，設窗臺高1m，窗高1.5m，墻厚16cm。(3)求建筑物的日照時間解決此類問題不能直接用棒影圖,要將它旋轉180度后再應用.

例：求廣州冬至日正南朝向底層房間窗口P點的日照時間，窗臺高１m，房間外圍房屋分別高9m、2m、8m（見圖）。由圖分析可知P點日照時間由10：10到13：30.(4)建筑朝向與間距(閱讀教材）

第三節(jié)建筑遮陽

●在我國南方炎熱地區(qū)，日照時間長，太陽輻射強烈，建筑物的某些部位或構件如窗口、外廊、櫥窗、中庭屋頂與玻璃幕墻等需要調節(jié)太陽直射輻射，以揚其利而避其害。最常見與最具代表性的是窗口遮陽?！裨谘谉岬貐^(qū)的夏季，日輻射強度大，氣溫也高，如我國南方夏季日輻射強度可達1000W／m2，氣溫可達40℃以上?！駬?jù)我國有關單位的研究測定，當進入室內的直射光輻射強度大于280W／m2，同時氣溫在29℃以上，氣流速度小于0.3m/s寸，人們在室內會感到悶熱不舒適?！褚虼?，目前一般建筑以氣溫29℃、日輻射強度280W／m2左右作為必需設遮陽的參考界限?！窠ㄖ陉柕哪康氖亲钄嚓柟庵鄙?，這樣做的好處有三個：▲可以防止透過玻璃的直射陽光，使室內過熱；▲可以防止建筑圍護結構過熱并造成對室內環(huán)境的熱輻射；▲可以防止直射陽光造成的強烈眩光。一.建筑遮陽方式●由于日輻射強度隨地點、日期、時間和朝向而異，建筑中各向窗口要求遮陽的日期、時間以及遮陽的形式和尺寸，也需根據(jù)具體地區(qū)的氣候和窗口朝向而定。●建筑遮陽類型很多，可以利用建筑的其他構件，如挑檐、閣板或各種突出構件，也可以專為遮陽目的而設置。●按照構件遮擋陽光的特點來區(qū)分，主要分為幾類：1、人工遮陽方式▲水平式遮陽▲垂直式遮陽▲綜合式遮陽(格柵)▲擋板式遮陽2、綠化遮陽3、建筑自遮陽和群體互遮陽建筑遮陽實例

水平式遮陽

印第安昔埃布洛人懸崖宮殿遮陽▲在低緯地區(qū)或一年中的夏季，由于太陽高度角很高，建筑的陰影很短，因而水平遮陽比垂直遮陽更加有效。在濕熱地區(qū)，懸挑出的長長的屋檐足以起到遮陽蔽雨的作用。垂直遮陽普萊斯大廈

亞利桑那州鳳凰坡中央圖書館

波士頓市政廳

格柵式遮陽(綜合式遮陽)

昌迪加爾議會大廈及高等法院

▲格柵式遮陽綜合了水平遮陽和垂直遮陽的優(yōu)點，對于各種朝向和高度角的陽光都比較有效?！诰C合使用各種遮陽方式方面，柯布西耶（法國建筑師）設計的昌迪加爾議會大廈及高等法院(1751—1956)是當之無愧的典范。建筑自遮陽綠化遮陽孟買干城章嘉公寓

二遮陽構件尺寸計算遮陽構件的形式和尺寸一般可根據(jù)當?shù)匦枵陉柸掌?、時間及窗口朝向用圖表法求得，但針對某一時間的窗口遮陽也可按當時的太陽高度角和方位角得出準確尺寸。（1）水平遮陽窗口的水平式遮陽板應當計算其挑出長度L-和端翼的挑出長度D。水平板挑出長度L-的計算：水平板挑出長度水平板下沿到窗臺高度太陽高度角太陽