《建筑物理》课程授课教案（建筑热工学）第九讲 建筑日照（1/2）

第5周，第1进课程名称：《建筑物理》摘要第五章建筑日照与遮阳第一节日照的基本原理授课题目（章、节）【目的要求】掌握太阳高度角、方位角、时角、赤纬角、地方时、标准时等概念

课程名称：《建筑物理》 第 5 周，第 1 讲 摘 要 授课题目（章、节） 第五章 建筑日照与遮阳 第一节 日照的基本原理 【目的要求】掌握太阳高度角、方位角、时角、赤纬角、地方时、标准时等概念

第一节日照的基本原理一、日照的作用与建筑物对日照的要求1日照的作用有利影响：1.促进生物机体的新陈代谢2.消毒作用3.保温作用4.干燥作用5.照明作用6.艺术性不利影响1.恶化室内热环境2.产生眩光3.使物品褪色变质4.产生爆炸的危险2建筑日照设计的任务：a按地理纬度、地形与环境条件合理地确定城乡规划的道路网方位、道路宽度、居住区位置、居住区布置形式和建筑物的体形：b根据建筑物对日照的要求及相邻建筑物的遮挡情况，合理的选择和确定建筑物的朝向和间距；c根据阳光通过采光口进入室内的时间、面积和太阳辐射照度等的变化情况，确定采光口及建筑构件的位置、形状及大小；d正确设计遮阳构件的形式、尺寸与构造二、地理内容1地球饶太阳运行的规律2.太阳位置的确定，太阳高度角和方位角的计算2.1时角与赤纬角天球图及赤道座标系：为了确定太阳相对于地球上某点的位置，可以根据相对运动原理，假定地球不动而太阳绕地球旋转，以地球中心为球心，以任意长度为半径，作一假想球面，可以认为天空中一切星体包括太阳均在此球面上作相对运动，这个球称为天球。太阳赤纬角（8）：太阳与天球中心的连线与天图1.5-4来道全标系一本炸和时角赤道面的夹角太阳时角（Q）：太阳所在的时圈与通过南点的时圈构成的夹角。以OQ处为零，即正午时角为0，上午时角为负值，下午时角为正值。向西为正，向东为负。每小时为15度

第一节 日照的基本原理 一、日照的作用与建筑物对日照的要求 1 日照的作用 有利影响：1. 促进生物机体的新陈代谢 2. 消毒作用 3. 保温作用 4. 干燥作用 5. 照明作用 6. 艺术性 不利影响 1. 恶化室内热环境 2. 产生眩光 3. 使物品褪色变质 4. 产生爆炸的危险 2 建筑日照设计的任务： a 按地理纬度、地形与环境条件,合理地确定城乡规划的道路网方位、道路 宽度、居住区位置、居住区布置形式和建筑物的体形； b 根据建筑物对日照的要求及相邻建筑物的遮挡情况,合理的选择和确定建 筑物的朝向和间距； c 根据阳光通过采光口进入室内的时间、面积和太阳辐射照度等的变化情 况,确定采光口及建筑构件的位置、形状及大小； d 正确设计遮阳构件的形式、尺寸与构造. 二、地理内容 1 地球饶太阳运行的规律 2.太阳位置的确定，太阳高度角和方位角的计算 2.1 时角与赤纬角 天球图及赤道座标系： 为了确定太阳相对于地球上某点的位置，可 以根据相对运动原理，假定地球不动而太阳绕地 球旋转，以地球中心为球心，以任意长度为半径， 作一假想球面，可以认为天空中一切星体包括太 阳均在此球面上作相对运动，这个球称为天球。 太阳赤纬角（δ）：太阳与天球中心的连线与天 赤道面的夹角. 太阳时角（Ω）：太阳所在的时圈与通过南点的时圈构成的夹角。以 OQ 处为零， 即正午时角为 0，上午时角为负值，下午时角为正值。向西为正,向东为负。每小 时为 15 度

2.2太阳高度角与方位角地平坐标系：太阳高度角hs：太阳与天球中心的连线与地平面的夹角。也即太阳光线与地平面的夹角。太阳方位As：太阳直射光线在地平面上的投影线与地平面正南方向所夹的角。通常以南点为0，向西为正，向东为负。专齐负方收的的容心40°N23.5°N图15-5地平坐标系一高度角与方位角223.5°S2.3知道了太阳的赤纬角和时角，就可以用时圈与赤纬圈的交点确定太阳的位置：如果知道了建筑物所在地理纬度，就可以确定地平面和天顶.就可以找到过太阳的高度角和方位角.因此，影响太阳高度角和方位角的因素有3，即：赤纬角（表明日期的变化）、时角（表明平均太阳时的变化）和地理纬度（表明建筑物所在位置的差异)。2.4太阳位置的确定，太阳高度角h，和太阳方位角A，的计算（重要）sinh=sinΦ·sin 8+cosΦ·cos 8·cosQsinh,sind-sin cosA,=cosh, cos Φhs：太阳高度角As：太阳方位角8：赤纬一一太阳光线与地球赤道面所夹的圆心@：观察点的地理纬度Q：时角

2.2 太阳高度角与方位角 地平坐标系： 太阳高度角 hs：太阳与天球中心的连线与地平面的夹角。也即太阳光线与地平面 的夹角。 太阳方位 As：太阳直射光线在地平面上的投影线与地平面正南方向所夹的角。通 常以南点为 0，向西为正，向东为负。 2.3 知道了太阳的赤纬角和时角,就可以用时圈与赤纬圈的交点确定太阳的位置;如 果知道了建筑物所在地理纬度,就可以确定地平面和天顶,就可以找到过太阳的高 度角和方位角.因此,影响太阳高度角和方位角的因素有 3，即：赤纬角（表明日期 的变化）、时角（表明平均太阳时的变化）和地理纬度（表明建筑物所在位置的差 异）。 2.4 太阳位置的确定，太阳高度角 hs 和太阳方位角 As 的计算（重要） sinhs=sinφ.sinδ+cosφ.cosδ.cosΩ cosAs= sinhs .sinφ-sinδ coshs .cosφ sinhs .sinφ-sinδ coshs .cosφ sinhs .sinφ-sinδ coshs .cosφ hs：太阳高度角 As：太阳方位角 δ：赤纬——太阳光线与地球赤道面所夹的圆心 Φ：观察点的地理纬度 Ω：时角

日出、日末时hs=0，故其方位角As与时角Q计算公式（重要）cosQ=-tΦantan8-sin 8cosAscos d正午太阳高度角的计算公式（重要）当Φ>8时，h= 90-(Φ-8)当Φ<8时，h=90-（8-Φ）三、地方时与标准时日照设计所用的时间，均为当地平均太阳时，它与日常钟表所指示的标准时之间往往有一差值，需要换算。·地方平均太阳时：是以太阳通过该地子午线为正午12点来计算一天的时间。世界时：以本初子午线处的平均太阳时为世界时间的标准。?标准时：将整个地球按地理经度划分为24个时区，每个时区包含地理经度15度。每个时区都按照它的中央子午线的平均太阳时为计时标准，称为该时区的标准时。地方平均太阳时与标准时之间的转换关系为：【例1.5-4】求广州地区当地平均太阳时12h相当于北京标准时间儿点儿分？【解】已知北京标准时间子午圈所处的经度为东经120广州所处的经度为东经113'19°按式（1.5-8)To=Tm+4(Lo-Lm)-12+4（120°-11319)=12h27min所以，广州地区当地平均太阳时12h，相当于北京标准时间12h27min，两地时差为27mineTo=Tm+4（Lo-Lm）+EpTo——标准时间Tm——地方平均太阳时Lo-—标准时间子午线的经度Lm一一当地时间子午线的经度4（Lo-Lm）——时差Ep——均时差（一般可忽略不计）To=Tm+4（Lo—Lm)“4"：每转过经度1度为4分钟，地方位置在中心经度线以西时，经度每差1度要减去4分钟，位置在中心经度线以东时，经度每差一度，要加上4分钟

❖日出、日末时 hs＝0，故其方位角 As 与时角Ω计算公式（重要） cos Ω ＝－tφ·antanδ cosAs -sinδ cosφ ❖正午太阳高度角的计算公式（重要） 当φ＞δ时，hs= 90-(φ-δ ) 当φ＜δ时，hs= 90-(δ-φ ) 三、地方时与标准时 ◆ 日照设计所用的时间，均为当地平均太阳时，它与日常钟表所指示的标准时 之间往往有一差值，需要换算。 ◆ 地方平均太阳时：是以太阳通过该地子午线为正午 12 点来计算一天的时间。 ◆ 世界时：以本初子午线处的平均太阳时为世界时间的标准。 ◆ 标准时：将整个地球按地理经度划分为 24 个时区，每个时区包含地理经度 15 度。每个时区都按照它的中央子午线的平均太阳时为计时标准，称为该时区的标 准时。 地方平均太阳时与标准时之间的转换关系为： T0 = Tm＋4（L0－Lm）＋Ep T0 ——标准时间 Tm——地方平均太阳时 L0——标准时间子午线的经度 Lm——当地时间子午线的经度 4（L0－Lm）——时差 Ep——均时差（一般可忽略不计） T0 = Tm＋4（L0－Lm） ⚫“4”：每转过经度1度为4分钟，地方位置在中心经度线以西时，经度每差1 度要减去4分钟，位置在中心经度线以东时，经度每差一度，要加上4分钟。 T0 = Tm＋4（L0－Lm）＋Ep T0 ——标准时间 Tm——地方平均太阳时 L0——标准时间子午线的经度 Lm——当地时间子午线的经度 4（L0－Lm）——时差 Ep——均时差（一般可忽略不计） T0 = Tm＋4（L0－Lm） ⚫“4”：每转过经度1度为4分钟，地方位置在中心经度线以西时，经度每差1 度要减去4分钟，位置在中心经度线以东时，经度每差一度，要加上4分钟

当Φ>8时,h= 90-(Φ-8 )当Φ<8时，h=90-(8-Φ）·地球自转方向：从北极上空观察呈逆时针方向旋即：广州比北京晚看到太阳

当φ＞δ时，hs= 90-(φ-δ ) 当φ＜δ时，hs= 90-(δ-φ ) •地球自转方向：从北极上空观察呈逆时针方向旋 即：广州比北京晚看到太阳