xin第7讲：第1.5章：建筑日照与 遮阳

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6.1.3 地理经、纬度 地理经、
通过地轴和地球表面相交而成 的圆叫经度圈 经度圈； 的圆叫经度圈；每一个经圈都被南 北两极等分成两个180 的半圆， 180° 北两极等分成两个180°的半圆，这 样的半圆叫经线或子午线， 样的半圆叫经线或子午线，全球分 180个经圈 360条经线 公元1884 个经圈， 条经线。 180个经圈，360条经线。公元1884 年经国际会议商定， 年经国际会议商定，以英国伦敦的 格林威治天文台所在的子午线为全 世界通用的本初子午线 本初子午线。 世界通用的本初子午线。 经度既是本初子午线所在的平 面与某地子午线所在平面间的夹角。 面与某地子午线所在平面间的夹角。 在赤道面上度量） （在赤道面上度量）经度以本初子 午线为零度线， 午线为零度线，自零度线向东分 180° 称为东经；向西分180 180° 180°，称为东经；向西分180°， 称为西经。 称为西经。 地球的经线（子午线）与纬线
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一切垂直于地轴的平面同 地球表面相割而成的圆， 地球表面相割而成的圆，都是 纬线，它们彼此平行。 纬线，它们彼此平行。其中通 过地心的纬线叫赤道 赤道。 过地心的纬线叫赤道。赤道所 在的平面叫赤道面。 在的平面叫赤道面。赤道面把 地球分为南北半球 纬度是本地法线（ 纬度是本地法线（地平面的垂 和赤道面的夹角， 线）和赤道面的夹角，是在本 地子午线上度量的。 地子午线上度量的。赤道上的 纬度都是零。自赤道向北极方 纬度都是零。 向分90 90° 称为北纬； 向分90°，称为北纬；向南极 方向分为90 90° 方向分为90°，称为南纬
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地球按一定的轨道绕太阳运动---公转，公转一周的时间是 一年。 地球公转轨道平面叫黄道面。 地球的地轴与黄道面成66°33′的交角。 在公转的过程中，地轴的倾斜方向和黄道面的交角是固定 不变的。
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太阳光线直 射地球的范 围，在南北 纬23°27′之 ° 之 间作周期性 的变化， 的变化，从 而形成了春 夏秋冬四季 的更替。 的更替。
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7.1.2 太阳的运行规律与特点 太阳在天空的位置是因时、因地时刻都在变化着， 太阳在天空的位置是因时、因地时刻都在变化着，而建筑物 的状况也是多种多样的，要在设计之初预知日照情况，便需掌 的状况也是多种多样的，要在设计之初预知日照情况， 的规律原理， 太阳相对运动的规律原理 握太阳相对运动的规律原理，在此基础上学会运用必要的图表 或做简单计算
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日照的作用
•（2）日照还可使房间在冬季获得较多的太阳辐射，提高室内 （ ）日照还可使房间在冬季获得较多的太阳辐射， 温度。 据研究表明， 温度。 据研究表明，冬季的日照会对多数人产生良好的心理作 用。 •为满足建筑对日照的要求，在设计时应按照使用要求，结合当 为满足建筑对日照的要求，在设计时应按照使用要求， 为满足建筑对日照的要求 地气候条件、日照特点、地形及前后建筑的遮挡条件、 地气候条件、日照特点、地形及前后建筑的遮挡条件、房间的 自然通风要求以及节约用地等因素，综合考虑， 自然通风要求以及节约用地等因素，综合考虑，正确地选择房 屋间距、朝向、建筑体型、窗口位置、遮阳处理等。 屋间距、朝向、建筑体型、窗口位置、遮阳处理等。 •在有些情况下，建筑需要避免日照。 在有些情况下，建筑需要避免日照。 在有些情况下 防止室内过热 避免眩光或暴晒
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ห้องสมุดไป่ตู้
太阳高度角和方位角
在日出、日落时， 在日出、日落时，任何 一个地区， 一个地区，太阳的高度 角hs =0°；一天中的 ° 正午， 当地太阳时12 正午，即当地太阳时 时，太阳高度角最大， 太阳高度角最大， 此时太阳位于正南， 此时太阳位于正南，即 太阳方位角 As =0 在任何一天里， 在任何一天里，上、下 午太阳的位置对称于中 例如下午1点对称 午，例如下午 点对称 于上午11点，二者太阳 于上午 点 的高度角和方位角的数 值相同， 值相同，只是方位角的 符号相反。 符号相反。
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精确的当地太阳时与标准时之间的转换关系为： 精确的当地太阳时与标准时之间的转换关系为：
T0 = Tm + 4(L0 − Lm ) + Ep
式中： 。一标准时间， 式中：T。一标准时间，时；分； Tm--地方平均太阳时，时；分； 地方平均太阳时， 地方平均太阳时 L。一标准时间子午圈所处的经度，度； 。一标准时间子午圈所处的经度， Lm--当地子午圈所处的经度，度： 当地子午圈所处的经度， 当地子午圈所处的经度 Ep一均时差，分； 一均时差， 一均时差 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 换算系数， 小时计， 换算系数 由于地球自转一周按 小时计 360° ，所以每转过经度 °为4分钟。地方经度在中心经度以西时，经度 分钟。 ° 所以每转过经度1° 分钟 地方经度在中心经度以西时， 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° 分钟； 每差 ° ，地方时比标准时提前 分钟；在中心经度以东时，经度每差 ° 地方时比标准时推后4分钟 分钟。 ，地方时比标准时推后 分钟。
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（2）地平坐标系：是以地 ）地平坐标系： 平圈为基圈， 平圈为基圈，用太阳高度角 和方位角来确定太阳在天球 中的位置， 中的位置， 太阳高度角（ ）： ）：是指太 太阳高度角（hs）：是指太 阳直射光线与地平面间的夹 角。 太阳方位角As： 太阳方位角 ：是指太阳直 射光线在地平面上的投影与 地平面正南方向所夹的角。 地平面正南方向所夹的角。 正南点As=0°，向西为正， 正南点 ° 向西为正， 向东为负。 向东为负。
第7 讲： 第1.5章：建筑日照与遮阳 1.5章
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本讲主要内容：
7.1太阳的运行规律与特点 太阳的运行规律与特点
7.1.1日照的作用 7.1.2 太阳运行的规律与特点 7.1.3 天球图、赤道坐标系和地平坐标系 7.1.4 地里经纬度 7.1.5 太阳时与标准时 7.2 建筑遮阳构件 7.2.1 遮阳构件及应用 7.2.2 建筑遮阳方式 7.2.3 遮阳构件尺寸计算 7.2.4 遮阳与隔热
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6.1.5 太阳时与标准时
在以上计算太阳高度角和方位 角的公式中，时角(t)所用的时间 角的公式中，时角 所用的时间 或称“ 为观测点的当地太阳 时，或称“ 真太阳时” 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 时为 点 正南时为一天。 正南时为一天。 地球自转速度并不完全均匀，为计算方便， 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“。 小时计算称“ 小时计算称 地方平均太阳时“ 经国际协议， 经国际协议，以本初子午线处的 平均太阳时为世界时 间的标准， 世界时” 间的标准，叫“世界时”。 各地区所采用的标准时间是各国按所处地理经度位置以 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 标准时。 某一中心子午线的时间为标准时。
A = 90 − L
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冬至日， 太阳高度角： 冬至日，正午 太阳高度角：
A = 90 − L + 23 27′） （ ，
L − −地 纬 。 球 度
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夏至日，正午太阳的高度角： 夏至日，正午太阳的高度角： 太阳的高度角
A = 90 − L − 23 27′） （ ，
L − −地 纬 。 球 度
如求正午时的太阳高度角， 如求正午时的太阳高度角，可按下式计 算：
h = 90 − (φ − δ ) (φ ≥ δ） h = 90 − (δ − φ ) (δ ≥ φ）
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• 春分、 秋分正午太阳高度角： 春分、 秋分正午太阳高度角： 正午太阳高度角
A = 90 − L，
L − −地 纬 。 球 度
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太阳赤纬角δ：太阳光线与地球赤道面所夹的角度。 太阳赤纬角 ：太阳光线与地球赤道面所夹的角度。 赤纬角从赤道面算起，向北为正，向南为负。一年当中， 赤纬角从赤道面算起，向北为正，向南为负。一年当中， 不同的季节，赤纬角不同。主要季节的赤纬角可以查表： 不同的季节，赤纬角不同。主要季节的赤纬角可以查表：
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真太阳时与平均太阳时之间的差称为均时差 均时差(Ep)。Ep的变 均时差 化范围约在-14分到+16分之间。
均时差Ep的年变化
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平均太阳时： 平均太阳时： 太阳时是以太阳通过该地子午线为正午12h来计算一 天的时间。这样，经度不同的地方，正午时间都不同， 使用很不方便。 为了使用方便，规定在一定经度范围（15°）统一 使用一种标准时，在该经度范围内，同一时刻的钟点均 相同。 将整个地球按地理经度划分为24个时区，每个时区含地 里经度15°。以本初子午线东西各7.5°为零时区，向东 分12个时区，向西分12个时区。每个时区都按它的中央 子午线的平均太阳时为计时标准，称为该时区的标准时 标准时， 标准时 相邻两个时区的时差为1小时。 一天时间的测定，是以地球自转为依据的。建筑日照设 计所用的时间，均为当地太阳时，它与日常时钟所指的 时间（标准时）之间有一定差值，需加以换算。
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太阳高度角和方位角可依据下式进行计算： 太阳高度角和方位角可依据下式进行计算：
1.求太阳高度角hs sinhs = sinϕ.sinδ + cosϕ.cosδ . cos Ω 太阳高度角， 式中 hs − −太阳高度角，度；
ϕ - - - 地理纬度，度； 地理纬度， δ - - - 赤纬，度； 赤纬，
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我国地域辽阔，从东五时区到东九时区横跨 个时区 为了方便， 个时区。 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 一采用东八时区的时间，即以东经 ° 称为“北京时间” 北京时间和世界时相差8h， ，称为“北京时间”。北京时间和世界时相差 ，即北京时间等于 世界时加上8h。 世界时加上 。
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太阳在天球上的位置每日每时都有变 为了确定其位置，常用赤道坐标 化，为了确定其位置，常用赤道坐标 地平坐标系共同表示 共同表示。 系和地平坐标系共同表示。
（1）赤道坐标系：是把地球上的经、 ）赤道坐标系：是把地球上的经、 纬度坐标系扩展到天球， 纬度坐标系扩展到天球，在天球上与 赤道面平行的纬度圈，在天球上叫赤 赤道面平行的纬度圈，在天球上叫赤 纬圈；在地球上通过南北极的经度圈， 纬圈；在地球上通过南北极的经度圈， 在天球上则称为时圈 时圈。 在天球上则称为时圈。 以赤纬和时角表示太阳的位置。 以赤纬和时角表示太阳的位置。 时角：是指太阳所在的时圈与通过南 时角：是指太阳所在的时圈与通过南 太阳所在的时圈 的时圈构成的夹角 单位为度。 构成的夹角， 极的时圈构成的夹角，单位为度。自 天球北极看，顺时针方向为正， 天球北极看，顺时针方向为正，逆时 针方向为负。 针方向为负。 时角表示太阳的方位， 时角表示太阳的方位，因为太阳在天 球上一天24小时内旋转 °，所以每 小时内旋转360° 球上一天 小时内旋转 小时为15° 小时为 °。假如已知太阳经南点后 至观察时刻的位置所经历的时间t， 至观察时刻的位置所经历的时间 ，乘 以15°，即得出在观察时刻太阳所处 ° 的度数， 位置时角 的度数， =15t，deg。 ， 。
时角， Ω - - - 时角，度。 2. 求太阳方位角 s A sinhs . sinϕ − sinδ cosAs = coshs . cosϕ 太阳方位角， 式中 As − − − 太阳方位角，度。
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在日出、日落时 在日出、日落时hs =0°，所以其方位角 ° 和时角为下式： 和时角为下式：
cos Ω = −tgϕ.tgδ cos As = −sinδ / cosφ (太高度角h = 0）
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7.1
太阳的运行规律与特点
•7.1.1 日照的作用 7.1.1 •日照是指物体表面被太阳直接照射的现象。建筑对 日照是指物体表面被太阳直接照射的现象。 日照是指物体表面被太阳直接照射的现象 日照的要求主要根据它的使用性质和当地气候情况 而定。 而定。 • （1）温和地区的多数建筑，也需要至少在冬季正 ）温和地区的多数建筑， 午前后有一定的日照时间；这时的阳光含有较多的 午前后有一定的日照时间；这时的阳光含有较多的 紫外线，有利于消灭细菌和预防一些疾病， 紫外线，有利于消灭细菌和预防一些疾病，使室内 保持良好的卫生环境。 保持良好的卫生环境。
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6.1.4天球图、赤道坐标系和地平坐标系 天球图、 天球图
天球：地球绕太阳运行，相对 来讲，我们在地球上见到的却 是太阳在天空中移动。为了确 切地描述太阳在天空中的位置， 用相对论原理，假定地球不动， 而太阳绕地球旋转，以地球为 中心，以任意长为半径作一假 想球面，太阳在这一假想球面 上绕地轴旋转，这个假想的球 体称为天球。 延长地轴与天球相交的两点成 为天极，PN 为北天极，PS 为 南天极， PN PS 为天轴。 扩展地球赤道面与天球相交所 成的圆QQ′成为天球赤道，黄 赤角= 23°27′