华中科技大学建筑物理试验报告日照试验

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建筑物理

建筑日照试验

试验名称：建筑日照试验试验地点：南四楼建筑物理试验室试验时间：2023年5月11日小组成员：指导老师：

一：试验目的与要求

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、图解法和模型试验法。本试验所用的就是模型试验法，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，或对造型较为繁杂的建筑模型单体或群体进行直观的试验，研究日照设计问题。

本试验要求学生了解好试验原理和方法，把握模型试验的操作方法。

二：试验原理

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：试验仪器

本试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理赤纬调理螺旋、地理纬度调理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状况。通过树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。试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、试验内容

·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状况及其阳光遮挡对周边环境的影响。

五、试验过程

（Ⅰ)仪器调理步骤：1.赤道平面盘调水平

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

b.将水平器分别放在赤道平面盘的不同位置，分别调理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，调理地理纬度调理螺旋将地平面旋绕转在45°处，依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.调理地理纬度

调理地理纬度调理螺旋按钮使其指向所要求测试的地理的纬度处。

2.调理赤纬角度

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

3.测量日出（日落）时间

旋转盘时间刻度盘，观测投影针投影，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.观测建筑物的日照状况

观测此地、此日建筑物的在不同时间段里的日照状况:日照面积，日照时间，建筑物周边的阴影变化，两个建筑相互遮掩状况等，并拍照记录分析。

六、试验结果与分析

（Ⅰ）试验的结果整理

1.整理试验数据

表1——两地数据整理城市项目北京广州纬度39．55°N23．08°N经度116.24°E113.14°E

2.绘制棒影图

根据试验过程中的数据，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

时间（时）项目冬至赤纬角23°26′23°26′日出7：337：04日落16：5317：47日出日落717816915±46°17′1014±34°6′111213±18°30′0°方位角As高度角hs影长±66°22′±62°38′±55°31′0°3°24′15°24′26°8′35°4′41°12′43°27′Hcoths影方位角As′∞18.673.632.031.421.141.06As′=As+180°

广州冬至日太阳高度角与方位角的变化

棒影图

日出8：00

9：00

11：00

13：00

15：00

17：0010：0012：0014：0016：00日落

试验得出的棒影图

3.试验中建筑物的光照记录

试验中在每个时间点的光照状况对模型进行拍摄记录，通过对比来了解模型在冬至日全天的日照状况。

北京冬至

日出7：328：008：32开始遮挡9：00

10：0011：0011：51全部遮挡12：00

13：0013：14开始受光13：47南面开始受光14：00

15：0015：28全部受光16：00日落16：48

广州冬至

日出6：517：008：008：49开始遮挡

8：53第一个窗户开始遮挡9：009：06其次个窗户开始遮挡9：22三窗

9：48第四窗开始遮挡10：0010：12第五窗开始遮挡10：25六窗

10：37第七窗开始遮挡10：52第八窗开始遮挡11：0011：06九窗

11：08顶面全部受光11：28第十窗开始遮挡11：36三层窗户全部受光11：46十一窗

11：54第十二窗开始遮挡12：0012：55其次层窗全受光13：00

13：30西侧全部受光14：0014：36其次层窗开始遮挡14：56第三层窗

15：0015：0816：00日落17：42

4.用Ecotect、SU软件对模型进行光照模拟分析

Ecotect

北京日出7：37北京正午12：12北京日落16：47

广州日出7：079：30开始遮挡12：00

12：45遮挡最大14：25西立面全部受光

16：45全部受光广州17：41日落

SU模拟

广州7：09日出9：36开始遮挡12：0013：02遮挡最大

14：40西立面全部受光16：32完全受光广州17：43日落日出时间开始出现遮挡最大西立面全南立面全遮挡部受光部受光试验模拟6:518:4912:001:30分3:08Ecotect7:089:3012:4514:4516:45模拟SU模拟7:109:351:0214:4016:32表3——广州模拟日照数据对比日落时间17:4217:4217:44

（Ⅱ）比较试验结果与计算机模拟结果并分析

从上述的各个试验记录图中可以看出在日出时刻，太阳光由东南方向入射。此时的太阳高度角较低，所以我们看到建筑在地面投下的投影较长，东面以及南面受光。而由于两个建筑之间有着足够的间距，由于此时前面的这栋建筑没有对后面的低矮的有阴影的遮挡。

8点时刻日照状况基本一致。在8点49的时候可以发现较明显的投影向北偏移的状况。而且此时前面的建筑开始出现对后面的低矮建筑有遮挡的状况出现。

9点的时候日照状况趋于稳定，与前面保持一致。

之后10点、11点随着时间的推移太阳越来越高，前面的高层建筑对后面的低矮建筑的遮挡越来越多。

12点的时候后面的建筑被挡住的最多。但是后面的低矮建筑并没有全部被前面的高层全部遮挡住，此时三层的建筑是能过见光的，没有被遮挡住阳光、在12点55的时候，此时后面的建筑的二层以上全部受光。

1点与12点55的日照状况基本一致。而在1点30的时候这时开始后面建筑的西立面全部受光。

下午2点时刻。随着时间的推移，太阳开始下降，后面建筑的南立面开始一点一点的接收到太阳光。

下午3点时刻投影继续向东偏移，后面建筑的南立面的受光面越来越大。在3点08分的时候此时后面低矮建筑的南立面全部受光。此后，后面低矮建筑不再处于前面建筑的阴影区内。

下午四点时刻，建筑的西立面与南立面全部已经接收太阳光。下午5点时刻，此时太阳光的光线强度越来越弱，建筑东面的投影也越来越长。

日落时刻，太阳高度角最低，投影最长，光线很弱。

试验结果与软甲模拟结果对比

1、用ecotect软件分析得到的广州日出时间是7点08分，日落时间是17点42分。而从试验中我们得到的日出时间是6点51分，日落时间是17点42，用SU软件得出的日出时间是7点10分，日落时间是17点44。

2、用ecotect软件分析得到的当建筑开始有遮挡的时间是9点30分，从试验中我们得到的是8点49分。用SU软件得出的时间是9点35分。

3、用ecotect软件分析得到的当建筑达到最大的遮挡的时间是12点45分，从试验中我们得到的是12点的时候，用SU软件得出的时间是1点02分。4、用ecotect软件分析得到的当建筑的西立面全部受光的时间是14点45分，从试验中我们得到的是1点30分，用SU软件得出的时间是14点40分。5、用ecotect软件分析得到的当建筑的南立面全部受光的时间是16点45分，从试验中我们得到的时间是3点08分，用SU软件得出的时间是16点32分。

（Ⅲ）分析试验对比结果

1.为什么模型试验与计算机模拟的日出日落时间有三十分钟的差距？

①有可能是我们在试验操作上出现了一些失误，可能是模型没有放正，方向上有偏差，或者是在看时间的时候总是会有误差出现。

②还有就是试验中仪器的误差，可能是地理纬度调理螺旋或是赤纬角螺旋调的不是很确凿。这也会影响着最终的测量试验结果。

2.为什么在SU模拟日照中，12点时日影不是朝向正北？

①SU本身存在着误差。

②广州所在时区为东八区，采用的是东经120度的地方时。而广州的经度

是东经113度，依照1度4分钟计算，广州地方时比北京时间晚21分钟。因此，广州太阳高度角最大的时候，北京时间应当是12点21分，这时广州日影朝向正北。在Ecotect模拟中（见上图），北京的太阳高度角最大的时刻，是12：12，这时才是北京的正午，此时日影朝向正北。

七、试验心得

此后次试验中我明白了在平日的建筑设计中，考虑到前面的建筑与建筑之间的遮挡关系是十分重要的一个影响状况。特别在住宅设计中，建筑室内的采光是在设计中着重要注意的状况，建筑的日照是要我们着重考虑的一部分。在之前的建筑设计中，关于日照方面的考虑仅仅停留在保证基本日照间距的浅显层面上，而通过这次建筑日照模型试验，三参数日照仪为我们提供了一种直观分析建筑日照遮挡的试验方法，让我们亲身感受日照对于建筑造型艺术，冬季取暖、夏季防热的密切条件。此外还有就是一致的建筑放在不同的地方，建筑日照就会发生着很大的改变，因此我们设计中更应当要注意到这一点。通过这次试验我们小组的成员了解了试验原理和方法，同时把握模型试验的操作方法。在试验过程中，我感觉，充分了解仪器的使用方法，确凿地使用仪器能使试验达到更好的效果，仪器的数据直接地反应了试验的效果，十分直观。我更加领会到了日照对建筑的影响，采光是建筑一个十分关键的问题。要做一个好的建筑师，必需在最开始就考虑好采光和遮挡的问题。任何事情都要自己实践了才能真的懂得。采光一直是建筑不变的话题，柯布西耶曾经提出了“阳光、空气、绿地〞三个他看重的东西。居住在北半球的我们，在冬季的时候特别需要阳光，因此在住宅设计中，冬至日的采光是一个重要的方面。另外，通过这次试验，我也体会到，软件模拟能帮我们在设计中分析好多问题，但软件模拟的数据和实际的状况可能有很大出入，因此现场的考察也