华中科技大学建筑物理实验报告日照实验

建筑物理

建筑日照实验

实验名称：建筑日照实验

实验地点：南四楼建筑物理实验室

实验时间：2011年5月11日

小组成员：

指导老师：

一：实验目的与要求

日照对于建筑造型艺术，冬季取暖，夏季防热和卫生条件等都有密切的关系，建筑设计工作者应重视建筑日照的设计。求解日照问题的方法有计算法、图解法和模型实验法。本实验所用的就是模型实验法，通过日照仪直接获得任意地点、任意日期和时刻的太阳高度角和方位角，也可以在日照仪上直接绘制棒影图，或对造型较为复杂的建筑模型单体或群体进行直观的实验，研究日照设计问题。

本实验要求学生了解好实验原理和方法，掌握模型实验的操作方法。

二：实验原理

根据地球绕太阳运行的规律（图2-5.1

所示）。由于地轴和赤道面成66°33′的交

角，使太阳光线直射地球的范围一年中在南

北纬23°27′之间作周期变化，形成北回

归线23°27′和南回归线-23°27′。太阳

光线与地球运行赤道面所夹的角，称为赤纬

角，赤纬角从赤道面算起，向北为正，向南

为负。所以夏至点赤纬角为+23°27′，冬

至点赤纬角为-23°27′，春秋分为0°。

因此计算日期时，以春分3月21日～22日、

秋分9月22日～23日为零度，并可粗略地

认为赤纬分度为四天来计算日期。

三：实验仪器

本实验所使用的仪

器为三参数日照

仪，图2-5.2为仪器

的构造示意图。三

参数日照仪器通过

调节赤纬调节螺

旋、地理纬度调节

螺旋以及时间定位

螺旋来模拟地球上

任意地点、任意时

间的当地日照情况。通过竖立在地平面盘上的投影针的影长和方位，可以确定太阳的方位高度角。实验记录下的一天中不同时段的太阳高度方位角，然后绘图出棒影图得出一天中太阳的射影轨迹。

四、实验内容

·提前制作一个适当比例的模型。

·利用日照仪测试模型建筑所在地冬至日的日出时间，日落时间，以及每隔一小时的太阳高度角和方位角。

·利用日照仪绘制该地区冬至日的棒影图。

·在日照仪上测试该地区两幢建筑的日照情况及其阳光遮挡对周边环境的影响。

五、实验过程

（Ⅰ)仪器调节步骤：

1.赤道平面盘调水平

a.将水平器放在赤道平面盘上，旋松赤纬调节螺旋使水平器上水泡于正中位置时，在将赤纬调节螺旋旋紧。

b.将水平器分别放在赤道平面盘的不同位置，分别调节支架下的三个地脚螺旋，使赤道平面保持水平。

2. 赤纬零度校正

将赤纬刻度盘上腰型槽内螺旋旋松，转动赤纬刻度盘，使零位对准仪器支架上的红线，然后将腰型槽内螺旋旋紧，使赤纬刻度盘固定。

3.高度角和方位角的校正

将时间盘定位指针指向12点时，调节地理纬度调节螺旋将地平面盘旋转在45°处，按照灯调整到相应的位置，使地平面盘上100mm投影针指向方位0°，投影端正好落在高度角45°处。

（Ⅱ）仪器使用操作步骤：

1.调节地理纬度

调节地理纬度调节螺旋按钮使其指向所要求测试的地理的纬度处。

2.调节赤纬角度

旋松赤纬调节螺旋，使赤纬刻度盘读书指向测量日期所对应的赤纬角度，然后将赤纬调节螺旋旋紧。

3.测量日出（日落）时间

旋转盘时间刻度盘，观察投影针投影，当光线与地平面盘平行时，时间盘所示时间即为日出（日落）时间

4.测量太阳高度角和方位角

转动时间盘，地平面盘上的投影针的投影所指的方向即为太阳方位角，投影端所达到的高度角即为太阳高度角。当太阳高度角小于20°，需将100mm投影针换成30mm投影针，高度角同心圆为虚线所示。

5.观察建筑物的日照情况

观察此地、此日建筑物的在不同时间段里的日照情况:日照面积，日照时间，建筑物周围的阴影变化，两个建筑相互遮蔽情况等，并拍照记录分析。

六、实验结果与分析

（Ⅰ）实验的结果整理

1. 整理实验数据

表1——两地数据整理

城市 项目

纬度 经度 冬至赤纬角 日出 日落 北京 39．55°N 116.24°E 23°26′ 7：33 16：53 广州

23．08°N

113.14°E 23°26′

7：04

17：47

2. 绘制棒影图

根据实验过程中的数据，绘制出该地区冬至日的日照棒影图。

表2——广州冬至日棒影长度计算

广州冬至日太阳高度角与方位角的变化

时间（时）

项目

日出 7 8 9 10 11

12

日落

17

16

15

14

13

方位角A s ±66°22′ ±62°38′ ±55°31′

±46°17′

±34°6′

±18°30′

0°

高度角h s 0° 3°24′ 15°24′ 26°8′ 35°4′ 41°12′ 43°27′

影长

Hcoth s

∞ 18.67 3.63 2.03 1.42 1.14 1.06

影方位角A s ′

As ′=As+180°

棒影图

日出8：00

9：00 10：00

11：00 12：00

13：00 14：00

15：00 16：00

17：00 日落