第9講：第6章：建筑日照與遮陽

第9講：

第6章：建筑日照與遮陽1

本講主要內(nèi)容：

9.1太陽的運行規(guī)律與特點

9.1.1日照的作用

9.1.2太陽運行的規(guī)律與特點

9.1.3天球圖、赤道坐標系和地平坐標系

9.1.4地里經(jīng)緯度

9.1.5太陽時與標準時

9.2建筑遮陽構件

9.2.1遮陽構件及應用

9.2.2建筑遮陽方式

9.2.3遮陽構件尺寸計算

9.2.4遮陽與隔熱29.1太陽的運行規(guī)律與特點9.1.1日照的作用

日照是指物體表面被太陽直接照射的現(xiàn)象。建筑對日照的要求主要根據(jù)它的使用性質(zhì)和當?shù)貧夂蚯闆r而定。（1）溫和地區(qū)的多數(shù)建筑，也需要至少在冬季正午前后有一定的日照時間；這時的陽光含有較多的紫外線，有利于消滅細菌和預防一些疾病，使室內(nèi)保持良好的衛(wèi)生環(huán)境。3（2）日照還可使房間在冬季獲得較多的太陽輻射，提高室內(nèi)溫度。據(jù)研究表明，冬季的日照會對多數(shù)人產(chǎn)生良好的心理作用。為滿足建筑對日照的要求，在設計時應按照使用要求，結合當?shù)貧夂驐l件、日照特點、地形及前后建筑的遮擋條件、房間的自然通風要求以及節(jié)約用地等因素，綜合考慮，正確地選擇房屋間距、朝向、建筑體型、窗口位置、遮陽處理等。

在有些情況下，建筑需要避免日照。防止室內(nèi)過熱避免眩光或暴曬日照的作用49.1.2太陽的運行規(guī)律與特點太陽在天空的位置是因時、因地時刻都在變化著，而建筑物的狀況也是多種多樣的，要在設計之初預知日照情況，便需掌握太陽相對運動的規(guī)律原理，在此基礎上學會運用必要的圖表或做簡單計算5地球按一定的軌道繞太陽運動---公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)一周的時間是一年。地球公轉(zhuǎn)軌道平面叫黃道面。地球的地軸與黃道面成66°33′的交角。在公轉(zhuǎn)的過程中，地軸的傾斜方向和黃道面的交角是固定不變的。6太陽光線直射地球的范圍，在南北緯23°27′之間作周期性的變化，從而形成了春夏秋冬四季的更替。7太陽赤緯角δ：太陽光線與地球赤道面所夾的角度。赤緯角從赤道面算起，向北為正，向南為負。一年當中，不同的季節(jié)，赤緯角不同。主要季節(jié)的赤緯角可以查表：89.1.3地理經(jīng)、緯度

通過地軸和地球表面相交而成的圓叫經(jīng)度圈；每一個經(jīng)圈都被南北兩極等分成兩個180°的半圓，這樣的半圓叫經(jīng)線或子午線，全球分180個經(jīng)圈，360條經(jīng)線。公元1884年經(jīng)國際會議商定，以英國倫敦的格林威治天文臺所在的子午線為全世界通用的本初子午線。

經(jīng)度既是本初子午線所在的平面與某地子午線所在平面間的夾角。（在赤道面上度量）經(jīng)度以本初子午線為零度線，自零度線向東分180°，稱為東經(jīng)；向西分180°，稱為西經(jīng)。地球的經(jīng)線（子午線）與緯線9

一切垂直于地軸的平面同地球表面相割而成的圓，都是緯線，它們彼此平行。其中通過地心的緯線叫赤道。赤道所在的平面叫赤道面。赤道面把地球分為南北半球緯度是本地法線（地平面的垂線）和赤道面的夾角，是在本地子午線上度量的。赤道上的緯度都是零。自赤道向北極方向分90°，稱為北緯；向南極方向分為90°，稱為南緯109.1.4天球圖、赤道坐標系和地平坐標系天球：地球繞太陽運行，相對來講，我們在地球上見到的卻是太陽在天空中移動。為了確切地描述太陽在天空中的位置，用相對論原理，假定地球不動，而太陽繞地球旋轉(zhuǎn)，以地球為中心，以任意長為半徑作一假想球面，太陽在這一假想球面上繞地軸旋轉(zhuǎn)，這個假想的球體稱為天球。延長地軸與天球相交的兩點成為天極，PN為北天極，PS為南天極，PNPS為天軸。擴展地球赤道面與天球相交所成的圓QQ′成為天球赤道，黃赤角=23°27′11（1）赤道坐標系：是把地球上的經(jīng)、緯度坐標系擴展到天球，在天球上與赤道面平行的緯度圈，在天球上叫赤緯圈；在地球上通過南北極的經(jīng)度圈，在天球上則稱為時圈。以赤緯和時角表示太陽的位置。時角：是指太陽所在的時圈與通過南極的時圈構成的夾角，單位為度。自天球北極看，順時針方向為正，逆時針方向為負。時角表示太陽的方位，因為太陽在天球上一天24小時內(nèi)旋轉(zhuǎn)360°，所以每小時為15°。假如已知太陽經(jīng)南點后至觀察時刻的位置所經(jīng)歷的時間t，乘以15°，即得出在觀察時刻太陽所處位置時角Ω的度數(shù)，Ω=15t，deg。太陽在天球上的位置每日每時都有變化，為了確定其位置，常用赤道坐標系和地平坐標系共同表示。12（2）地平坐標系：是以地平圈為基圈，用太陽高度角和方位角來確定太陽在天球中的位置，太陽高度角（hs）：是指太陽直射光線與地平面間的夾角。太陽方位角As：是指太陽直射光線在地平面上的投影與地平面正南方向所夾的角。正南點As=0°，向西為正，向東為負。13太陽高度角和方位角在日出、日落時，任何一個地區(qū)，太陽的高度角hs=0°；一天中的正午，即當?shù)靥枙r12時，太陽高度角最大，此時太陽位于正南，即太陽方位角As=0在任何一天里，上、下午太陽的位置對稱于中午，例如下午1點對稱于上午11點，二者太陽的高度角和方位角的數(shù)值相同，只是方位角的符號相反。14太陽高度角和方位角可依據(jù)下式進行計算：15在日出、日落時hs=0°，所以其方位角和時角為下式：如求正午時的太陽高度角，可按下式計算：16

春分、秋分正午太陽高度角：17冬至日，正午太陽高度角：18夏至日，正午太陽的高度角：19地球自轉(zhuǎn)速度并不完全均勻，為計算方便，按一天為24小時計算稱“地方平均太陽時“。經(jīng)國際協(xié)議，以本初子午線處的平均太陽時為世界時間的標準，叫“世界時”。各地區(qū)所采用的標準時間是各國按所處地理經(jīng)度位置以某一中心子午線的時間為標準時。9.1.5太陽時與標準時

在以上計算太陽高度角和方位角的公式中，時角(t)所用的時間為觀測點的當?shù)靥枙r，或稱“真太陽時”，即太陽在當?shù)卣蠒r為12點、地球自轉(zhuǎn)一周又回到正南時為一天。

20平均太陽時：

太陽時是以太陽通過該地子午線為正午12h來計算一天的時間。這樣，經(jīng)度不同的地方，正午時間都不同，使用很不方便。

為了使用方便，規(guī)定在一定經(jīng)度范圍（15°）統(tǒng)一使用一種標準時，在該經(jīng)度范圍內(nèi)，同一時刻的鐘點均相同。將整個地球按地理經(jīng)度劃分為24個時區(qū)，每個時區(qū)含地里經(jīng)度15°。以本初子午線東西各7.5°為零時區(qū)，向東分12個時區(qū)，向西分12個時區(qū)。每個時區(qū)都按它的中央子午線的平均太陽時為計時標準，稱為該時區(qū)的標準時，相鄰兩個時區(qū)的時差為1小時。一天時間的測定，是以地球自轉(zhuǎn)為依據(jù)的。建筑日照設計所用的時間，均為當?shù)靥枙r，它與日常時鐘所指的時間（標準時）之間有一定差值，需加以換算。21我國地域遼闊，從東五時區(qū)到東九時區(qū)橫跨5個時區(qū)。為了方便，統(tǒng)一采用東八時區(qū)的時間，即以東經(jīng)120°的平均太陽時為全國標準時，稱為“北京時間”。北京時間和世界時相差8h，即北京時間等于世界時加上8h。22精確的當?shù)靥枙r與標準時之間的轉(zhuǎn)換關系為：式中：T。一標準時間，時；分；Tm--地方平均太陽時，時；分；L。一標準時間子午圈所處的經(jīng)度，度；Lm--當?shù)刈游缛λ幍慕?jīng)度，度：Ep一均時差，分；4--換算系數(shù)，分／度。由于地球自轉(zhuǎn)一周按24小時計，地球的經(jīng)度分為360°，所以每轉(zhuǎn)過經(jīng)度1°為4分鐘。地方經(jīng)度在中心經(jīng)度以西時，經(jīng)度每差1°，地方時比標準時提前4分鐘；在中心經(jīng)度以東時，經(jīng)度每差1°，地方時比標準時推后4分鐘。23真太陽時與平均太陽時之間的差稱為均時差(Ep)。Ep的變化范圍約在-14分到+16分之間。

均時差Ep的年變化24對于一般建筑日照工程，所用的時間不需要十分精確，為簡化計算，修正之Ep可忽略不計。計算式可簡化為：259.2建筑遮陽9.2.1遮陽構件及應用在我國南方炎熱地區(qū)，日照時間長，太陽輻射強烈，建筑物的某些部位或構件如窗口、外廊、櫥窗、中庭屋頂與玻璃幕墻等需要調(diào)節(jié)太陽直射輻射，以揚其利而避其害。最常見與最具代表性的是窗口遮陽。在炎熱地區(qū)的夏季，日輻射強度大，氣溫也高，如我國南方夏季日輻射強度可達1000W／m2，氣溫可達40℃以上。據(jù)我國有關單位的研究測定：當進入室內(nèi)的直射光輻射強度大于280W／m2，同時氣溫在29℃以上，氣流速度小于0.3m/s寸，人們在室內(nèi)會感到悶熱不舒適。因此，目前一般建筑以氣溫29℃、日輻射強度280W／m2左右作為必需設遮陽的參考界限。2627建筑遮陽的目的是阻斷陽光直射，這樣做的好處有三個：可以防止透過玻璃的直射陽光，使室內(nèi)過熱；可以防止建筑圍護結構（如窗、玻璃幕墻等，對此加以遮陽板）過熱并造成對室內(nèi)環(huán)境的熱輻射；可以防止直射陽光造成的強烈眩光。這三點對于處于低緯地區(qū)尤為重要。所以設計窗口遮陽時，應滿足7項要求：28設計窗口遮陽時，應滿足7項要求：⑴、夏天防止日照，冬天不影響必要的日照；⑵、晴天遮擋直射陽光，陰天保證房間有足夠的照度；⑶、減少遮陽構造的擋風作用，最好還能起導風入室的作用；⑷、能兼作防雨構件，并避免雨天影響通風；⑸、不阻擋從窗口向外眺望的視野；⑹、構造簡單，經(jīng)濟耐久；⑺、必須注意與建筑造型處理的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。⑴299.2.2建筑遮陽方式由于日輻射強度隨地點、日期、時間和朝向而異，建筑中各向窗口要求遮陽的日期、時間以及遮陽的形式和尺寸，也需根據(jù)具體地區(qū)的氣候和窗口朝向而定。建筑遮陽類型很多，可以利用建筑的其他構件，如挑檐、閣板或各種突出構件，也可以專為遮陽目的而設置。30一、人工遮陽方式·水平式遮陽·垂直式遮陽·綜合式遮陽(格柵)·擋板式遮陽二、綠化遮陽三、建筑自遮陽和群體互遮陽按照構件遮擋陽光的特點來區(qū)分，主要分為幾類：3132（1）水平式遮陽----遮擋高度角較大的、從窗口上方投射下來的陽光?！ぴ诘途暤貐^(qū)或一年中的夏季，由于太陽高度角很高，建筑的陰影很短，因而水平遮陽比垂直遮陽更加有效。在濕熱地區(qū)，懸挑出的長長的屋檐足以起到遮陽蔽雨的作用?！び〉诎参舭２悸迦藨已聦m殿遮陽33傳統(tǒng)建筑的遮陽34現(xiàn)代建筑的遮陽35現(xiàn)代建筑的遮陽36同濟大學建筑學院辦公樓陽面遮陽37同濟大學圖書館西墻遮陽38

萊特作為一位美國本土建筑大師，卻是家喻戶曉。這位以鄉(xiāng)土理念為出發(fā)點、致力追求建筑個性與自然環(huán)境高度融合的大師，在美國各地留下了許多優(yōu)秀的作品?！ぃ?）垂直遮陽·------遮擋高度角較大的、從窗口斜射過來的陽光，另外垂直遮陽能夠有效地擋住高度角很低的光線，適合用于遮擋東北、北、西北向附近的窗口。

普萊斯大廈(1956)是萊特晚期代表作，大面積的垂直遮陽板形成了鮮明的豎向線條，與短促有力的水平遮陽板相結合，共同營造出豐富多采的幾何形體。39垂直遮陽40·亞利桑那州鳳凰坡中央圖書館則將垂直遮陽其作為一種標志或裝飾：由鋼架支撐起的片片三角帆布最直觀地向我們展示了垂直遮陽所具有的藝術感染力，在浩瀚、酷熱的西部沙漠之中，那片片白帆仿佛使人們看到蔚藍的大海。41·（3）

格柵式遮陽(綜合式遮陽)-----比較適用于東南、西南附近的窗口?！じ駯攀秸陉柧C合了水平遮陽利垂直遮陽的優(yōu)點，對于各種朝向和高度角的陽光都比較有效。在綜合使用各種遮陽方式方面，柯布西耶（法國建筑師）設計的昌迪加爾議會大廈及高等法院(1751—1956)是當之無愧的典范。42·雖然波士頓市政廳(1964)紿人留下的第一印象是極富韻律的、柱廊般的混凝土垂直遮陽板。因為層層向內(nèi)縮進的平面使得每層的窗戶都于不知不覺中獲得了自然的水平遮陽。波士頓市政廳無疑受到柯布西耶（法國建筑師柯布西耶）作品的極大影響。其體形厚重、有雕塑感。43·（4）擋板式遮陽·------遮擋高度角較小的、從窗口正射過來的陽光，適合用于東向、西向附近的窗口。

44·柯里亞（亞洲地區(qū)的建筑師）設計的孟買干城章嘉公寓(1970—1983)所采用的遮陽方式屬建筑自遮陽?！み@類遮陽方式?jīng)]有明顯的遮陽構件，通過建筑自身的凸凹來形成大面積陰影，最主要的采光窗都位于陰影之中，而暴露在墻體表面的窗洞口往往尺寸較小。二、建筑自遮陽45·（三）綠化遮陽·大自然給我們提供了一些天然的遮陽手段，樹木或攀緣植物可以用來遮擋陽光，形成陰影，其效果總體來說相當不錯?！ぞG化遮陽不同于建筑構件遮陽之處還在于它的能量流向。植被通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為生物能，植被葉片本身的溫度并未顯著升高。而遮陽構件在吸收太陽能后溫度會顯著升高，其中一部分熱量還會通過各種方式向室內(nèi)傳遞。46·諾曼·福斯特在設計弗冒尤斯地方中等職業(yè)學校(1991—93)時，不但在建筑向陽的一側設計了一組精美的銀色遮陽板，以遮擋夏季的酷熱。還在建筑周邊配置了高大的落葉闊葉喬木，陽光透過樹葉和遮陽板的縫隙投下縷縷光斑，猶如一曲動人的旋律。最有意思的是，福斯特所選用樹種的姿態(tài)與屋頂形狀非常相象，讓人領略到現(xiàn)代建筑同樣可以與優(yōu)美的自然環(huán)境相融合。479.2.3遮陽構件尺寸計算

遮陽構件的形式和尺寸一般可根據(jù)當?shù)匦枵陉柸掌?、時間及窗口朝向用圖表法求得，但針對某一時間的窗口遮陽也可按當時的太陽高度角和方位角得出準確尺寸。（1）水平遮陽窗口的水平式遮陽板應當計算其挑出長度L-和端翼的挑出長度D。水平板挑出長度L-的計算：48水平板端翼挑出長度D的計算：49（2）垂直遮陽

窗口的垂直遮陽板挑出長度按下式計算：50（3）綜合式遮陽和擋板式遮陽綜合式遮陽：根據(jù)窗口的朝向和建筑造型的要求，若初步確定采用綜合式遮陽，可先計算出垂直板和水平板的挑出長度，然后按構造要求來確定遮陽板的挑出長度。擋板式遮陽：擋板式遮陽的構造有兩個基本部分，就是水平板的挑出長度L-和擋板的高度。如L-太小，使擋板離窗口太近，影響使用，如L-太大，又不夠經(jīng)濟。根據(jù)構造要求確定水平板長度L-51擋板式遮陽擋板式遮陽中擋板的高度，可計算出窗臺離擋板下端的垂直距離H0（應用下式）。擋板的尺寸為H-H0。擋板端翼的挑出長度D按水平遮陽計算。52例：南京地區(qū)（北緯32°）某建筑層高3.6m，采用朝南連續(xù)帶形落地窗，如圖所示，設計師采用雙層連續(xù)水平遮陽板，水平遮陽板高度距離樓面分別為1.8m和3.6m，要求在秋分日（9月21日）上午11點至下午1點（當?shù)靥枙r）玻璃窗有滿窗遮陽，不計玻璃厚度，求遮陽板的出挑深度及盡端兩翼伸出長度。（已知上午11時太陽高度角為54°，方位角為26.5°）答案：（1）

有水平遮陽公式：-

（2）

兩翼深處長度：539.2.4遮陽效果與隔熱

窗口設置遮陽后，對遮擋太陽輻射熱量和在閉窗下降低室內(nèi)氣溫，效果較為顯著。但對房間的采光和通風不利。（1）、遮陽對太陽輻射熱量的遮擋；廣州地區(qū)四個朝向，夏季一天內(nèi)遮陽前、后，太陽輻射熱量的效果。549·.2.4遮陽效果與隔熱遮陽形式的選擇與構造設計遮