建筑物理1-5章课件

1、第第1.51.5章章 建筑日照与遮阳建筑日照与遮阳5-1 5-1 日照的基本原理日照的基本原理5-2 5-2 棒影图的应用及其原理棒影图的应用及其原理5-3 5-3 建筑遮阳建筑遮阳5-1 日照的基本原理日照的基本原理一、日照的作用与建筑对日照的要求一、日照的作用与建筑对日照的要求 二、地球绕太阳运行的规律二、地球绕太阳运行的规律三、太阳高度角和方位角的确定三、太阳高度角和方位角的确定四、地方时与标准时四、地方时与标准时一、一、日照的作用与建筑对日照的要求日照的作用与建筑对日照的要求：l日照日照：物体表面被太阳光直接照射的现象。：物体表面被太阳光直接照射的现象。l日照时数日照时数：太阳照射的时

2、数。：太阳照射的时数。l日照率日照率：实际日照数与同时间内：实际日照数与同时间内(如年、月、日如年、月、日)的最的最大可照射数的百分比。大可照射数的百分比。 同一纬度的最大可照时数相同，但因各地云量及其同一纬度的最大可照时数相同，但因各地云量及其遮挡太阳时间的不同，实际日照时数有所差异。遮挡太阳时间的不同，实际日照时数有所差异。1. 1. 日照的作用日照的作用: : 有利的一面：阳光照射，引起动植物各种光生物学有利的一面：阳光照射，引起动植物各种光生物学反应，促进生物体新陈代谢；紫外线预防和治疗一些反应，促进生物体新陈代谢；紫外线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），疾病

3、（如感冒、支气管炎、扁桃腺炎和佝偻病等），因此，建筑争取适宜的日照，具有重大卫生意义；阳因此，建筑争取适宜的日照，具有重大卫生意义；阳光中含大量红外线，冬季照射入室，产生辐射热，提光中含大量红外线，冬季照射入室，产生辐射热，提高室内温度，有良好的取暖和干燥作用；日照对建筑高室内温度，有良好的取暖和干燥作用；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物的造型艺术也有一定的影响，能增强建筑物的立体感，不同角度的阴影给人的艺术感觉不同。感，不同角度的阴影给人的艺术感觉不同。 不利的一面：过量的日照，特别是南方炎热地不利的一面：过量的日照，特别是南方炎热地区的夏季，易造成室内过热，对人体

4、不利；阳光区的夏季，易造成室内过热，对人体不利；阳光直射工作面上会产生眩光，损害视力，尤其在工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疲劳，业厂房中，工人会因室内过热与眩光而易疲劳，降低工作效率；直射阳光对物品有褪色、变质等降低工作效率；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，还会发生爆炸的损坏作用；有些化学药品被晒，还会发生爆炸的危险。危险。2. 2. 建筑对日照的要求据建筑的不同使用性质而定建筑对日照的要求据建筑的不同使用性质而定: : 需要争取日照的建筑：病房、幼儿活动室和农用需要争取日照的建筑：病房、幼儿活动室和农用日光室等，它们对

5、日照各有特殊要求。日光室等，它们对日照各有特殊要求。 需要避免日照的建筑有两类：一类是防止室内过需要避免日照的建筑有两类：一类是防止室内过热；另一类是避免眩光和防止化学作用的建筑，如展热；另一类是避免眩光和防止化学作用的建筑，如展览室、阅览室、精密仪器车间，以及某些工厂，实验览室、阅览室、精密仪器车间，以及某些工厂，实验室，药品车间等。室，药品车间等。3. 3. 建筑日照设计的要求建筑日照设计的要求: : 应考虑日照时间、面积及其变化范围，以保证应考虑日照时间、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。必需的日照或避免阳光过量射入以防室内过热。 要相应地采取建筑措施，正

6、确选择房屋的朝向、要相应地采取建筑措施，正确选择房屋的朝向、间距和布局形式，做好窗口的遮阳处理，且综合考间距和布局形式，做好窗口的遮阳处理，且综合考虑地区气候特点，房间的自然通风及节约用地等因虑地区气候特点，房间的自然通风及节约用地等因素而防止片面性。素而防止片面性。二、地球绕太阳运行的规律：二、地球绕太阳运行的规律：1. 1. 地球的四季变化与太阳赤纬角地球的四季变化与太阳赤纬角: :四季的形成四季的形成：如图：如图12-112-1地球绕太阳一周的行程。地球绕太阳一周的行程。太阳赤纬角太阳赤纬角 ： 太阳光线与地球赤道太阳光线与地球赤道面所夹的圆心角。面所夹的圆心角。 是表征不同季节的是表征

7、不同季节的一个数值。从赤道面算一个数值。从赤道面算起，向北为正，向南为起，向北为正，向南为负。负。 如图如图12-2 12-2 阳光直射阳光直射地球的范围。地球的范围。 为说明地球面上任一观察点的位置，通常以该为说明地球面上任一观察点的位置，通常以该地铅垂线对赤道面的夹角地铅垂线对赤道面的夹角 表示，即该地的地理表示，即该地的地理纬度。纬度。3. 3. 位置和地理纬度位置和地理纬度: :2. 2. 时间和时角时间和时角: : 地球自转一周为一天，地球自转一周为一天，2424小时，不同的时间用不同小时，不同的时间用不同的时角的时角 表示。表示。 地球自转一周为地球自转一周为 ，每小时时角就是，每

8、小时时角就是 ，即即 ， 为时数。为时数。0360015t15t如图如图 太阳光线与地平面间的夹角叫太阳高度角，用太阳光线与地平面间的夹角叫太阳高度角，用 表示；表示；太阳光线在地平面上的投影线与地平面正南线所夹的角太阳光线在地平面上的投影线与地平面正南线所夹的角 叫太阳方位角，用叫太阳方位角，用 表示；表示；4.4.太阳位置和太阳高度角、方位角太阳位置和太阳高度角、方位角 : :shsA三、太阳高度角和方位角的确定：三、太阳高度角和方位角的确定：l 确定确定 和和 的目的：为了进行日照时数、日照的目的：为了进行日照时数、日照面积、房屋朝向和间距以及房屋周围阴影区范围等面积、房屋朝向和间距以及

9、房屋周围阴影区范围等问题设计。问题设计。l 影响影响 和和 的三个因素：的三个因素： 赤纬赤纬 （表明季节或日期变化）（表明季节或日期变化） 时角时角 （表明时间变化）（表明时间变化） 地理纬度地理纬度 （表明观察点所在地方的差异）（表明观察点所在地方的差异） shsAshsA四、地方时与标准时：四、地方时与标准时：l地方时地方时：当地平均太阳时，日照设计所用的时间。：当地平均太阳时，日照设计所用的时间。l标准时标准时：各个国家按所处地理位置的某一范围，划定：各个国家按所处地理位置的某一范围，划定所有地区的时间以某一中心子午线的时间为标准时。所有地区的时间以某一中心子午线的时间为标准时。我国以

10、东经我国以东经 为依据作为北京时间的标准。为依据作为北京时间的标准。l当地太阳时与标准时之间的近似计算公式当地太阳时与标准时之间的近似计算公式：0120)(400mmLLTT标准时地方太阳时标准时所处的经度地方时所处的经度4 4的确定的确定：自转自转2424小时，地球经度小时，地球经度 ，每转，每转 为为 地方位置在中心经度线以西，每差地方位置在中心经度线以西，每差 减减 在以东时，每差在以东时，每差 加加 。036001min401min401min45-2 棒影图的原理及其应用棒影图的原理及其应用一、棒影日照图的基本原理一、棒影日照图的基本原理二、棒影日照图的绘制步骤二、棒影日照图的绘制步

11、骤三、用棒影日照图求解日照问题三、用棒影日照图求解日照问题一、棒影日照图的基本原理一、棒影日照图的基本原理1. 1. 棒与影的关系：棒与影的关系： 设在地面上立一任意高设在地面上立一任意高 的垂直棒。若已知某时刻的垂直棒。若已知某时刻太阳方位角和高度角，太阳照射棒的顶端太阳方位角和高度角，太阳照射棒的顶端 在地面上在地面上投影投影 ，则有棒影的长度，则有棒影的长度 。如图。如图12-412-4。HaasHctghl 2. 2. 棒影日照图：棒影日照图： 利用棒与影的关系原理，可求一天的棒影变化范围。利用棒与影的关系原理，可求一天的棒影变化范围。例如：已知春、秋分日的例如：已知春、秋分日的 和和

12、 ，可绘出其棒影轨，可绘出其棒影轨迹图。如图迹图。如图12-512-5。shsA棒影日照图表示两个内容：棒影日照图表示两个内容： 位于观察点的直棒在某一时刻的影的长度位于观察点的直棒在某一时刻的影的长度 及方位角及方位角 。 某一时刻太阳的高度角某一时刻太阳的高度角 及方位角及方位角 。据。据同一时刻影的长度和方位角的数据，同一时刻影的长度和方位角的数据， 和和 由下由下式确定：式确定：sA)( aolshsAshsAHaoctghAAsss0180二、棒影日照图的绘制步骤：二、棒影日照图的绘制步骤：以广州地区（北纬以广州地区（北纬 ）冬至日为例：）冬至日为例： 由计算法或图解法求出广州冬至日

13、各时刻的由计算法或图解法求出广州冬至日各时刻的方位角和高度角，据此求出影长及方位角。设棒高方位角和高度角，据此求出影长及方位角。设棒高 ，其计算结果见表，其计算结果见表12-212-2。8230cm1 如图如图12-612-6。 棒影日照图上注明纬度、季节日期、比例及指北方向等。棒影日照图上注明纬度、季节日期、比例及指北方向等。三、用棒影日照图求解日照问题：三、用棒影日照图求解日照问题：1 1。建筑物阴影区的确定：。建筑物阴影区的确定：例：求北纬例：求北纬 地区一幢地区一幢 高平面呈凹形，高平面呈凹形，开口部分朝北的平屋顶建筑物，夏至上午开口部分朝北的平屋顶建筑物，夏至上午1010点点在周围地

14、面上的阴影区。在周围地面上的阴影区。040m202 2 室内日照区的确定：室内日照区的确定： 例：求广州冬至日例：求广州冬至日1414点，正南朝向的室内点，正南朝向的室内日照面积，设窗台高日照面积，设窗台高 ，窗高，窗高 ，墙厚，墙厚 。m1m5 . 1cm16： 这类问题，不能直接利用原有的棒影图，而需这类问题，不能直接利用原有的棒影图，而需改变指向，如图改变指向，如图12-812-8。1 1。日照时间的计算：。日照时间的计算： 例：求广州冬至日正南朝向底层房间窗口例：求广州冬至日正南朝向底层房间窗口 点的日照时间，窗台高点的日照时间，窗台高 ，房间外围房屋，房间外围房屋见图。见图。m1P2

15、 2。建筑朝向与间距的选择：。建筑朝向与间距的选择：例：设北纬例：设北纬 地区冬至日，在室内需要有地区冬至日，在室内需要有3 3小小时（正午前后）以上的日照时数，需依要求确时（正午前后）以上的日照时数，需依要求确定建筑物朝向与间距。定建筑物朝向与间距。040北纬北纬4040地区冬至日正午时，太阳高度角为地区冬至日正午时，太阳高度角为3326)722340(90)(90000shHD7 . 1mDHHctghHs341027 . 125-3 5-3 窗口遮阳窗口遮阳一、遮阳的目的一、遮阳的目的二、遮阳的形式及其效果二、遮阳的形式及其效果一、遮阳的目的与要求一、遮阳的目的与要求遮阳的目的：遮阳的目

16、的：为了防止直射阳光，减少透入室内的太阳为了防止直射阳光，减少透入室内的太阳辐射热量，防止夏季室内过热，以及避免产生眩光和保辐射热量，防止夏季室内过热，以及避免产生眩光和保护物品。护物品。设计窗口遮阳的要求：设计窗口遮阳的要求：主要防止夏季阳光的直接照射，主要防止夏季阳光的直接照射，并尽量避免散射和辐射的影响；其次要有利于窗口的采并尽量避免散射和辐射的影响；其次要有利于窗口的采光、通风和防雨；同时要注意不阻挡从窗口向外眺望的光、通风和防雨；同时要注意不阻挡从窗口向外眺望的视野以及它与建筑造型处理的协调，并且力求构造简单，视野以及它与建筑造型处理的协调，并且力求构造简单，经济耐久。经济耐久。二、

17、遮阳的形式及其效果二、遮阳的形式及其效果（一）遮阳的形式：（一）遮阳的形式： 水平式遮阳：水平式遮阳：能有效遮挡高度角较大的、从窗口能有效遮挡高度角较大的、从窗口上方投射下来的阳光，适用于接近南向的窗口，或北上方投射下来的阳光，适用于接近南向的窗口，或北回归线以南低纬地区的北向附近的窗口。回归线以南低纬地区的北向附近的窗口。垂直式遮阳：垂直式遮阳：能有效遮挡高度角较小的、从窗侧斜能有效遮挡高度角较小的、从窗侧斜射的阳光，但对于高度角较大的、从窗口上方投射的射的阳光，但对于高度角较大的、从窗口上方投射的阳光，或接近日出、日没时平射窗口的阳光不起遮挡阳光，或接近日出、日没时平射窗口的阳光不起遮挡作

18、用；主要适用于东北、北和西北向附近的窗口。作用；主要适用于东北、北和西北向附近的窗口。综合式遮阳：综合式遮阳：能有效遮挡高度角中等的、从窗前斜能有效遮挡高度角中等的、从窗前斜射下来的阳光，遮阳效果比较均匀；主要适用于东南射下来的阳光，遮阳效果比较均匀；主要适用于东南或西南向附近的窗口。或西南向附近的窗口。挡板式遮阳：挡板式遮阳：能有效遮挡高度角较小、正射窗口的能有效遮挡高度角较小、正射窗口的阳光；主要适用于东、西向附近的窗口。阳光；主要适用于东、西向附近的窗口。（二）遮阳的效果：（二）遮阳的效果： 遮阳对太阳辐射热量的阻挡。遮阳对太阳辐射热量的阻挡。 遮阳设施遮挡太阳辐射热量的效果还与遮阳设施

19、的构造遮阳设施遮挡太阳辐射热量的效果还与遮阳设施的构造处理、安装位置、材料与颜色等因素有关。处理、安装位置、材料与颜色等因素有关。遮阳系数：遮阳系数：指在照射时间内，透进有遮阳窗口的太阳辐射量指在照射时间内，透进有遮阳窗口的太阳辐射量与透进无遮阳窗口的太阳辐射量的比值。与透进无遮阳窗口的太阳辐射量的比值。 遮阳对室内气温的影响。遮阳对室内气温的影响。 遮阳对房间采光的影响。遮阳对房间采光的影响。 从天然采光的观点来看，遮阳设施会阻挡直射阳光，从天然采光的观点来看，遮阳设施会阻挡直射阳光，防止眩光，有助于视觉的正常工作。但，遮阳设施有挡光防止眩光，有助于视觉的正常工作。但，遮阳设施有挡光作用，从

20、而会降低室内照度，在阴天更为不利。作用，从而会降低室内照度，在阴天更为不利。 遮阳对房间通风的影响。遮阳对房间通风的影响。 遮阳设施对房间的通风有一定的阻挡作用，使室内风遮阳设施对房间的通风有一定的阻挡作用，使室内风速有所降低。约为速有所降低。约为22-4722-470 0/ /0 0。三、遮阳形式的选择与构造设计三、遮阳形式的选择与构造设计（一）遮阳形式的选择：（一）遮阳形式的选择：遮阳形式的选择，应从地区气候特点和窗口朝向来考虑。遮阳形式的选择，应从地区气候特点和窗口朝向来考虑。冬冷夏热和冬季较长的地区，宜采用竹帘、软百页、布冬冷夏热和冬季较长的地区，宜采用竹帘、软百页、布蓬等临时性轻便遮阳；冬冷夏热和冬、夏时间长短相近蓬等临时性轻便遮阳；冬冷夏热和冬、夏时间长短相近的地区，宜采用可拆除的活动式遮阳；冬暖夏热的地区，的地区，宜采用可拆除的活动式遮阳；冬暖夏热的地区，一般采用固定的遮阳设施，尤以活动式较为优越。一般采用固定的遮