建筑日照与遮阳

建筑日照与遮阳■寒冷地区的建筑一般都需要争取较好的日照；■温和地区的多数建筑，也需要至少在冬季正午前后有一定的日照时间；这时的阳光含有较多紫外线，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。■日照还可使房间在冬季获得较多的太阳辐射效，提高室内温度。•据研究表明，冬季的日照会对多数人产生良好的心理作用。■在有些情况下，建筑需要避免日照。 防止室内过热 避免眩光或暴晒■为满足建筑对日照的需求，应在设计时按照使用要求，综合考虑地区气候条件、日照特点、当地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，从而采取相应的措施，正确地选择房屋朝向、间距、建筑体型、窗口位置、遮阳处理等。太阳的运行规律与特点■太阳在天空中的位置是因时、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作简单计算。第一节地球绕日运动的规律■经度和纬度第一节地球绕日运动的规律■太阳的位置与日照的关系口赤纬：太阳光线与地球赤道平面之间的夹角南北回归线赤纬和太阳高度角有什么区别？时角和太阳方位角有什么区别？第二节太阳辐射太阳总辐射能量比例■太阳常数1353W/m2:大气层外的辐射强度■进入大气层后被反射和吸收，光谱成分有所改变，辐射强度有所改变。太阳高度角是重要影响因素。大气层对太阳辐射的吸收■超短波□X射线和其它一些超短波射线在通过电离层时，被02、N2及其它大气成分强烈吸收■短波□受到天空中的各种气体分子、尘埃、微小水珠等质点的散射，使得天空呈现蓝色□紫外线被大气中的臭氧所吸收■长波口被C02和水蒸气等温室气体所吸收■剩下的□可见光+近红外线落到地球上的太阳辐射能量■由三部分组成口直射辐射：为可见光和近红外线口散射辐射：被大气中的水蒸汽和云层散射，为可见光和近红外线口大气长波辐射：大气（水蒸汽和CO2）吸收后再向地面辐射，为长波辐射。在日间比例很小，可以忽略。■所谓太阳总辐射照度一般仅包括前两部分太阳辐射能的去向太阳辐射能与太阳高度角太阳日总辐射照度与朝向■地点：北纬40°关于太阳高度角■太阳高度角与太阳通过的路径长度密切相关，从而影响日射强度。太阳高度角低则日射强度小■冬季太阳高度角低，夏季太阳高度角高■清晨和傍晚太阳高度角低，中午太阳高度角高■高纬度地区太阳高度角低，低纬度地区太阳高度角高太阳高度角冬夏不同大气透明度■定义：I1/I0=P=exp（-kL），P=1最透明■变化范围：0.65~0.75，在一个月份的晴天中可近似认为是常数■我国将大气透明度作了6个等级的分区，1级最透明我国的大气透明度分区高度角、方位角■人在地平面观测太阳位置，需用地平坐标，即以高度角和方位角表示太阳位置。■太阳光线与地平面夹角（h）称太阳高度角。■太阳光线在地平面上的投影线与地平面正南方向所夹的角（A）称为太阳方位角。高度角、方位角■任何一个地区，在日出、日落时，太阳高度角为零；■一天中在正午，即当地太阳时为12点的时候，高度角最大，在北半球此时的太阳位于正南。■太阳方位角以正南为0°，顺时针方向的角度为正值，表示太阳位于下午的范围；逆时针方向的角度为负值，表示太阳位于上午的范围。高度角、方位角■在任何一天里，上、下午太阳的位置对称于中午，例如下午1点对称于上午11点，二者太阳的太阳高度角和方位角的数值相同，只是方位角的符号相反。■影响太阳高度角和方位角的因素有3,即：赤纬（表明日期的变化）、时角（表明时间的变化）和地理纬度（表明测点所在位置的差异）。真太阳时■在计算太阳高度角和方位角的公式中，时角（t）所用的时间为观测点的当地太阳时，或称“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正南时为一天。时角■是按照地球自转一周（24小时）相当于太阳在天球图上绕天轴一周即360°的原理，不同的时角可表示在一天里不同时间的太阳位置，以其所在时圈的角度表示，即1小时相当于时角15°。并规定以太阳在观测点正南向，即当地时间正午12时的时角为0°，这时的时圈称为当地的子午圈；对应于上午的时角（12时以前）为负值，下午的时角为正值。■时角的计算公式为： t=15（h-12）口t——时角，度；h——时间（小时），按当地太阳时计算。地方平均太阳时■但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”。真太阳时与平均太阳时之间的差称为均时差（Ep）。Ep的变化范围约在一14分到+16分之间。经线■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。我国标准时是以东经120°作为北京时间的标准。国际上在1884年经过各国协议，以穿过英国伦敦格林尼治（Greenwich）天文台的经线为本初经线，是经度的零度线，由此向东和向西各分为180°，称为东经和西经。有关日照的规范与标准■日照间距一为了得到充分的日照，南北方向相邻的楼间距不得低于一定限值一适用于南北行列式排列的板式建筑日照间距■建筑物必需的日照间距，常以在冬至日（12月22日）或大寒日（l月22日）保证室内在正午前后有不少于1小时或2小时的日照时间来确定的。■在小区规划中，如果已知前后两栋建筑的朝向及其外形尺寸，以及建筑所在的地理纬度，则可用计算法按照当地所规定日期各小时的太阳高度角和方位角，计算出为保证规定的日照时间所需间距。繁杂的计算工作可用计算机代替。城市居住区规划设计规范规定城市居住区规划设计规范规定■在住宅小区的布局中，满足日照间距的要求常与提高建筑密度、节约用地存在一定矛盾。在设计中如掌握日照规律，便可采取一些灵活的手法，既满足建筑的日照要求，又提高建筑的密度。日照间距■首先，可适当调整建筑朝向，从朝向正南北改为朝向南偏东或偏西30°的范围内，使日照时间偏于上午或偏于下午。■据研究结果，朝向在南偏东西15。范围内对建筑冬季日照辐射得热影响很小。朝向在南偏东西15°〜30°，建筑仍能获得较好的日辐射热。但如偏转角度超过30°，则不利于日照需要。日照间距■其次，调节建筑布局和外形，也可在满足日照要求的基础上增加建筑密度的效果。■北侧错台式正南向行列式布置改为错排行列式或交叉错排行列式布置，利用上下午的斜向日照。建筑遮阳及遮阳构件尺寸设置条件■在炎热地区的夏季，日辐射强度大，气温也高，人们在室内会感到闷热不舒适。■因此，目前一般建筑以气温29°C、日辐射强度280W/m2左右作为必需设遮阳的参考界限。外部环境对建筑的热辐射包括：■太阳对建筑的短波辐射（直射）、天空短波漫反射辐射（散射）、周围地表短波反射辐射（反射）以及地表及周围受热物体的长波辐射。外部环境对建筑的热辐射主要从两个方面影响建筑的热环境：一是透过窗户进入室内，并被室内表面所吸收，产生了加热的效果；二是被建筑的外围护结构表面吸收，其中一部分热量通过建筑围护结构的热传导逐渐进入室内。建筑遮阳的目的■阻断阳光直射，这样做的好处有三个：口 可以防止透过玻璃的直射阳光使室内过热；口 可以防止建筑围护结构过热并造成对室内环境的热辐射；口 可以防止直射阳光造成的强烈眩光。这三点对于处于低纬地区尤为重要。建筑遮阳方式■由于日辐射强度随地点、日期、时间和朝向而异，建筑中各向窗口要求遮阳的日期、时间以及遮阳的形式和尺寸，也需根据具体地区的气候和窗口朝向而定。■建筑遮阳类型很多，可以利用建筑的其他构件，如挑檐、阁板或各种突出构件，也可以专为遮阳目的而设置。按照构件遮挡阳光的特点来区分，主要分为几类：■一、人工遮阳方式口水平式遮阳垂直式遮阳综合式遮阳（格栅）挡板式遮阳■二、绿化遮阳■三、建筑自遮阳和群体互遮阳遮阳方式■常见遮阳方式口内遮阳：普通窗帘、百页窗帘口外遮阳：挑檐、可调控百页、遮阳蓬口窗玻璃间遮阳：夹在双层玻璃间的百页窗帘，百页可调控■我国目前常见遮阳方式口内遮阳：窗帘口外遮阳：屋檐、遮雨檐、遮阳蓬■大自然给我们提供了一些天然的遮阳手段，树木或攀缘植物可以用来遮挡阳光，形成阴影，其效果总体来说相当不错。绿化遮阳不同于建筑构件遮阳之处还在于它的能量流向。植被通过光合作用将太阳能转化为生物能，植被叶片本身的温度并未显著升高。而遮阳构件在吸收太阳能后温度会显著升高，其中一部分热量还会通过各种方式向室内传递。绿化遮阳■最为理想的遮阳植被是落叶乔木，茂盛的枝叶可以阻挡夏季灼热的阳光，而冬季温暖的阳光又会透过稀疏枝条射入室内。建筑自遮阳■这类遮阳方式没有明显的遮阳构件，而是通过建筑自身的凸凹来形成大面积阴影，最主要的采光窗都位于阴影之中，而暴露在墙体表面的窗洞口往往尺寸较小。■遮阳构件的形式和尺寸一般可根据当地需遮阳日期、时间及窗口朝向用图表法求得，但针对某一时间的窗口遮阳也可按当时的太阳高度角和方位均得出准确尺寸。水平遮阳计算(1)任意朝向水平遮阳板挑出的长度按下式计算： L=Hctgh•cosy■式中：L——水平板挑出长度，m；H——水平板下沿至窗台高度，m；h——太阳高度角，度；y——太阳方位角与墙方位角差，度。(2)水平板两翼挑出的长度按下式计算：D=Hctgh•sinY式中：D——从窗口到遮阳板侧边的长度，m。垂直式遮阳计算■任意朝向窗口的垂直遮阳板挑出长度按下式计算： L=BctgY■式中：L——垂直板挑出长度，m；B——两面垂直板间净距，或垂直板内侧至窗口另一边距离)，m。综合式遮阳计算■任意朝向窗口综合式遮阳的挑出长度，可先计算出垂直板和水平板两者的挑出长度，然后根据两者的计算数值按构造要求确定出综合式遮阳板的挑出长度。挡板式遮阳■意朝向窗口的挡板式遮阳尺寸计算，可先按照构造需要确定挡板面至墙外表面的距离L，然后按公式求出挡板下端至窗台的高度Ho，勒•柯布西耶昌迪加尔法院、议会大楼屋顶及墙面遮阳屋顶自然通风遮阳与隔热■窗口设置遮阳可有效地遮挡进入室内的太阳辐射热和降低室内气温，应注意的是，遮阳设施的隔热效果除取决于遮阳形式及所处朝向外，还与其构造处理、材料及颜色有很大关系。■专门用作遮阳的构件，一般宜采用浅色且蓄热系数小的轻材料做成，因为颜色深及蓄热系数大的材料会吸收并储存较多的热量，影响隔热效果。遮阳设施■各种遮阳设施遮挡太阳辐射热量的效果一般以“遮阳系数”表示。遮阳系数是指在照射时间内、透进有遮阳窗口的太阳辐射热量与透进无遮阳窗口的太阳辐射热量的比值。系数愈小说明透进窗口的太阳辐射热量愈少，即防热效果愈好。■由于遮阳对日辐射的遮挡，可使夏季室内气温，尤其是室内最高气温明显地降低；特别是对不开窗的有空调的房间，增加遮阳后一般可降低室温达2°C；而且使房间里的温度波动小，室内出现高温的时间也较晚。显然，遮阳对有空调的房间减少冷负荷十分有利。对一般房间，在开窗情况下，遮阳也可使室温降低1°多，加上挡住了从窗口进入的直接热辐射影响，都有助于为人们在夏季创造良好的室内热环境。遮阳与采光■从天然采光的观点来看，遮阳设施一方面可阻挡直射阳光，防止眩光，有助于视觉的正常工作；但是，遮阳有挡光作用，从而会降低室内照度，在阴天更为不利。■据观察，一般室内照度可降低20%〜58%。几种形式遮阳对室内照度的影响大致如下:水平和垂直遮阳板约可使照度降低约20%〜40%，综合遮阳可使照度降低约30%〜55%左右。遮阳与通风■遮阳对房间通风有一定阻挡作用，使室内风速有所降低。实测资料表明，在有遮阳的房间，室内风速约减弱22%〜47%。风速的减弱程度和风场流