建筑物理课件6

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第六章建筑日照
冬至、夏至日太阳方位角（北纬40°）
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第六章建筑日照
四、太阳时与标准时
国际上在1884年经过各国协议，以穿过英国伦 敦格林尼治（Greenwich）天文台的经线为本初经 线（本初子午线），是经度的零度线，由此向东和 向西各分为180“称为东经和西经。各又分为12个时 区，每个时区所含地理经度为15度。以太阳经过本 初子午线时计为12点，称为“世界时”。 而每个时区按其中央子午线的平均太阳时为计 时标准，称为标准时。相邻区间时差为1小时。我 国地域分布从东五区至东九区，为使用方便我国采 用东八区的时间为标准时，称为北京时间（在此区 中人口最多），因而与世界时时差为8小时。
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第六章建筑日照
日照设计所用的时间均为当地平均太阳时， 即以太阳通过当地子午线时为12点，地球自 转一周又回到正南时为一天。但地球自转速 度并不完全均匀，为计算方便。按一天为24 小时计算称“地方平均太阳时”。 当地太阳时与标准时之间可近似按下式换算：
T0 = Tm + 4(L0 - Lm) 式中：T0——标准时间，时：分；
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第六章建筑日照
2、建筑对日照的要求
建筑对日照的要求是根据建筑的不同使用
性质而定。需要争取日照的建筑：如病房、 幼儿活动室和农业用的日光室等，它们对日照各 有特殊的要求，病房和幼儿活动室主要要求中午 前后的阳光，因这时的阳光含有较多的紫外线， 而日光室则需整天的阳光。对居住建筑，则要求 一定的日照，目的在使室内有良好的卫生条件， 起消灭细菌与干燥潮湿房间的作用，以及在冬季 能使房间获得太阳辐射热而提高室温。
由于阳光照射，引起动植物的各种光生物学反
应，因而促进生物机体的新陈代谢。紫外线能预 防和治疗一些疾病，如感冒、支气管炎、扁桃腺 炎和佝偻病等。所以，建筑争取适宜的日照，具 有重大的卫生意义。 其次，阳光中含有大量的红外线，冬季照射入 室，所产生的辐射热，能提高室内温度，有良好 的取暖和干燥作用。此外，日照对建筑物的造型 艺术也有一定的影响，能增强建筑物的立体感，
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第六章建筑日照
天球图作法
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第六章建筑日照
在天球图上有天轴与地轴平行，有天球 赤道面与地球赤道面平行，并以赤纬圈表 示一天里太阳在天球上运行的轨迹；此外， 过地球上观测点O作与地球的切面与天球相 接成大圆，即 O 点的地平面，从 O 点作一与 地平面相垂直的线与天球相交称为天顶。 天顶线与天球赤道面的交角表示了观测点 的地理纬度（φ）。 对观测者来说，任何一天、任何时刻 的太阳位置，在天球圈上均可用赤纬（ δ ） 利时角（ Ω ）表示，称为天球坐标（见下 图）。
不同角度的阴影个人们的艺术感觉也有所不同。
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第六章建筑日照
但是，过量的日照，特别是在我国南方炎 热地区的夏季，容易造成室内过热。对人体来 说，则是不利的。且因阳光直射工作面上会产 生眩光，损害视力。尤其在工业厂房中，工人 会因室内过热与眩光而易于疲劳，降低工作效 率，增加废品。甚至造成伤亡事故。此外，直 射阳光对物品有褪色、变质等损坏作用。有些 化学药品被晒，还有发生爆炸的危险。 因此，如何利用日照的有利一面，控制与 防止日照不利的影响，是建筑日照设计时应当 考虑的问题。
太阳高度角和方位角的计算公式：
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第六章建筑日照
1、求太阳高度角h
sin sin sin cos cos cos
式中 h------太阳高度角，度；
φ------地理纬度，度； δ------ 赤纬，度； Ω------ 时角，度。
2、求太阳方位角A
夏至（δ ＝23°27'），秋分（δ ＝0），冬至
（δ ＝－23°27'）。
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第六章建筑日照
赤纬从赤道面算起，向北为正，向南为 负。春分时（约在3月21日），太阳光线与 地球赤道面平行，赤纬为0°，阳光直射赤 道，并且正好切过两极，南、北半球的昼夜 均等长。春分以后，赤纬逐渐增加，到夏至 （约在6月22日）赤纬δ＝23°27'达到最大 值，太阳光线直射地球北纬23°27’，即北回 归线上。以后，赤纬一天天变小，秋分日 （约9月22日）赤纬δ＝0°。
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二 、天球图
为了进一步确定太阳对地球上某点的相对位 置，可以根据相对运动原理，假定地球不动而太 阳绕地球旋转，以地球上的一观测点为圆心O，以 任意长度为半径，作一假想球面，设天空中一切 星体包括太阳均在此球面上作相对运动，这个球 称为天球，见下图。
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第六章建筑日照
3、建筑日照设计应考虑的因素
因此，建筑日照设计的主要目的是根据建筑的 不同使用要求，采取措施使房间内部获得适当的而 防止过量的太阳直射光。有特殊要求的房间甚至终 年要求限制阳光直射。 为此目的在建筑日照设计时，应考虑日照时间、 面积及其变化范围以保证必需的日照或避免阳光过 量射入以防室内过热。因此要相应地采取建筑措施， 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，且要综合考虑地区气候特点、房间 的自然通风及节约用地等因索而防止片面性。
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第六章建筑日照
1、日照的作用
日照既是物体表面被太阳光直接照射的现 象。日照时数是表示太阳照射的时数。日照率 是以实际日照时数与同时间内（如年、月、日 等）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，但因各地云量及其遮挡 太阳时间的不同，实际的日照时数就有差异。
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第六章建筑日照
Tm——地方平均太阳时，时：分；
L0——标准时间子午圈所处的经度，度；
Lm——当地子午圈所处的经度，度；
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第六章建筑日照
4——换算系数，分／度。由于地球自转一 周按24小时计，地球的经度分为 360°，所 以每转过经度 l°为 4 分钟。地方经度在中 心经区以西时，经度每差1°，地方时比标 准时提前4分钟；在中心经度以东时，经度 每差1°，地方时比标准时推后4分钟。 例如我国广州市的经度为 113°19’ ，在 我 国 的 标 准 经 度 120° 以 西 6°41’ （ 6.68°），则广州地方时 12 点相当于标 准时12点26.73分（12点 26分 44秒）．
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第六章建筑日照
在北半球，从夏至到秋分为夏季，北 极圈处在向太阳一侧；北半球昼长夜短， 南半球夜长昼短。到秋分时又是日夜等长。 当阳光继续向南半球移动，到冬至日（约 12月22日）阳光直射南纬23°27’，即南回 归线，赤纬δ＝－23°27’。这情况恰好与 夏至日相反。冬至以后，阳光又向北移动 返回赤道，至春分太阳光线与赤道面平行。 如此周而复始。地球在绕太阳公转的行程 中，不同日期有不同的太阳赤纬，全年主 要季节的赤纬值可参见表1。
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第二节 地球运行的基本知识
• • • • 地球绕太阳运行规律 天球图 太阳的高度角和方位角 太阳时与标准时
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一、地球绕太阳运行规律
众所周知。地球绕地轴自转同时绕太阳公 转，地球公转的轨道平面称为黄道面。由于 地轴（即地球南北极联线）是倾斜的，与黄 道面成66°33’的交角；而且在公转运行中， 这个交角和地轴的倾斜方向都是不变的，这 样就使太阳光线的直射范围在南北纬23°27’ 之间作周期性变动，从而形成一年中春、夏、 秋、冬四季的更替。图1表示地球绕太阳运行 一周的行程。
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第六章建筑日照
时角的计算公式为；
Ω ＝15（h－12）
式中：
Ω ——时角，度
h——时间（小时）， 按当地太阳时计算。
天球图上以赤纬时 角表示太阳位置
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第六章建筑日照
三、太阳的高度角和方位角
人在地平面观测太阳位置，需用地平坐标， 即以高度角和方位角表示太阳位置，如下图。 太阳光线与地平面夹角（h）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 南方向所夹的角（A）称为太阳方位角。
高度角和方位角
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第六章建筑日照
任何一个地区，在日出、日落时，太阳 高度角为零；一天中在正午，即当地太阳时 为12点的时候，高度角最大，在北半球此时 的太阳位于正南。太阳方位角以正南为0°， 顺时针方向的角度为正值，表示太阳位于下 午的范围；逆时针方向的角度为负值，表示 太阳位于上午的范围。在任何一天里，上、 下午太阳的位置对称于中午。例如下午1点 对称于上午11点，二者太阳的太阳高度角和 方位角的数值相同，只是方位角的符号相反， 下图为北纬40°地区冬至和夏至日的太阳方 位角的变化情况。
cos A (sin sin sin ) /(cos cos )
式中 A------太阳方位角，度。
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第六章建筑日照
3、求日出、日没的时间和方位
因日出、日没时 h = 0，代入上式得
sin cos A cos
cosΩ = --tanφ× tanδ
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第六章建筑日照
地球绕太阳运行图
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第六章建赤纬即太阳光线与地球赤道面
的夹角，它是随着地球在公转轨道上的位置、
即日期的不同而变化的。图6－l中给出了地球
在公转轨道上的几个典型位置：春分（δ ＝0），
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河北工程大学建筑学院
孙凤明
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