棒影图实验报告

棒影图实验报告

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一、实验目的

根据太阳与地球的运动规律，分析太阳日照的特点。

日照环境对居民身心健康区生态化发展进程有十分重要的意义，住宅建筑日照分析是城市居住区规划设计一项重要工作内容。对于正南向布置的住宅按照各地正南向住宅的标准日照间距计算即可 ,但是对于不同朝向的住宅或老城区、周围建筑密集区的住宅 ,日照间距的确定较为困难。利用棒影日照图综合分析确定住宅建筑日照间距和朝向，对解决这类问题是一种可靠实用的方法。

二、实验原理

根据天球上太阳的周日视运动绘制的棒和棒影关系的轨迹图。棒影图表示地球表面某观测点上一个单位长度的垂直棒和在阳光下棒影端点的移动轨迹。棒影图按不同的地理纬度绘制。图中实线为各月份的棒影曲线，虚线为时间线，曲线与时间线的交点至O 点的距离表示该纬度某月某日某时立于O 点上单位长度的棒的阴影长度与方向。棒影图常用于研究建筑物遮挡、朝向及室内日照时间等。

设在地面上某点O 立一任意高度 H 的垂直棒，在已知某时刻的太阳方位角和高度的情况下，太阳照射棒的顶端a 在地面上的投影为'a ，棒影'oa 的长度为

'H ，且H

H s 'coth =

。因此，测得影的长度'H 和影的方位角's A ,即可根据以上公

式和︒-=180's s A A ，求出太阳方位角s A 和高度角s h 。

棒影图

三、实验材料及时间地点

实验材料：指南针，铅笔棒，尺子，计算器，铅笔，透明胶，橡皮擦，电脑桌，坐标纸，量角器，夹子，剪刀

（铅笔棒，17.7cm ） 长沙纬度ϕ=28.2°

时间：2014.5.2，5月2号为今年的第122天（赤纬δ=15.2°） 地点：湖南大学德智学生公寓5栋7楼楼顶

四、实验步骤及数据

（1） 选择一根直棒，棒长H=17.7cm ，测出湖南大学德智学生公寓5栋7楼楼顶从日出到日没之间各设定时刻的棒影长度'H 和影的方位角's A

（2） 按照棒影原理图的公式：s H H coth '=和︒-=180's s A A ，计算出各时刻的实测太阳方位角s A 和太阳高度角s h 。

（3） 按照《建筑环境学》书本中的理论公式：

h cos cos cos sin sin h sin s ⋅⋅+⋅=δφδφ

s s h cos cos h sin A sin δ⋅=

其中，φ代表地理纬度，δ代表赤纬， h 代表时角，已知长沙的地理纬度为北纬28°11′，即φ=28.183°；计算日的赤纬δ可以按照公式：

︒+⨯

⨯=)365

284360sin(45.23n

δ 其中，n 表示计算日在一年中的日期序号；2014年5月2号是一年中的第122天，则δ=15.21°；时角h 可根据各时刻算得。故可以计算出各时刻的理论太阳方位角和太阳高度角。

（4） 将步骤（2）、（3）的计算结果列于下表中，并将太阳高度角hs 和方位角As 的实测值和理论值进行比较：

由上表可见，在大部分时刻，太阳高度角hs 和方位角As 的实测值和理论值都比较接近，说明测量还是比较准确的；但是可以看出高度角和方位角实测值大部分误差在1%-4%左右，经分析，可能是由于选择棒的影子太粗，测量当天棒的影子不是十分清晰导致测量影长过程中造成误差。

（5）利用AutoCAD 绘制出棒影日照图。

在CAD 画面上，作水平线和垂直线交于0，在水平线上按1:10 比例以lcm 代表10cm 的高度。截取若干段.由0 点按各时刻方位角作射线，并标明射线的时

H coth值在相应的方位角线上截取若干段影长，即有l7.7cm 棒高的日照间。按

s

图后，也可根据棒长加倍，影长随之加倍的关系，将影长沿方位射线截取而获得棒高2倍等的影长，依此类推并在图上标明1，2……等标记。然后把各射线同一

棒高的影长各点连接，即成棒影日照图。截图如下图所示：

五、实验照片