華中科技大學(xué)建筑物理試驗(yàn)報告日照試驗(yàn)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——華中科技大學(xué)建筑物理試驗(yàn)報告日照試驗(yàn)

建筑物理

建筑日照試驗(yàn)

試驗(yàn)名稱：建筑日照試驗(yàn)試驗(yàn)地點(diǎn)：南四樓建筑物理試驗(yàn)室試驗(yàn)時間：2023年5月11日小組成員：指導(dǎo)老師：

一：試驗(yàn)?zāi)康呐c要求

日照對于建筑造型藝術(shù)，冬季取暖，夏季防熱和衛(wèi)生條件等都有密切的關(guān)系，建筑設(shè)計工應(yīng)重視建筑日照的設(shè)計。求解日照問題的方法有計算法、圖解法和模型試驗(yàn)法。本試驗(yàn)所用的就是模型試驗(yàn)法，通過日照儀直接獲得任意地點(diǎn)、任意日期和時刻的太陽高度角和方位角，也可以在日照儀上直接繪制棒影圖，或?qū)υ煨洼^為繁雜的建筑模型單體或群體進(jìn)行直觀的試驗(yàn)，研究日照設(shè)計問題。

本試驗(yàn)要求學(xué)生了解好試驗(yàn)原理和方法，把握模型試驗(yàn)的操作方法。

二：試驗(yàn)原理

根據(jù)地球繞太陽運(yùn)行的規(guī)律（圖2-5.1所示）。由于地軸和赤道面成66°33′的交角，使太陽光線直射地球的范圍一年中在南北緯23°27′之間作周期變化，形成北回歸線23°27′和南回歸線-23°27′。太陽光線與地球運(yùn)行赤道面所夾的角，稱為赤緯角，赤緯角從赤道面算起，向北為正，向南為負(fù)。所以夏至點(diǎn)赤緯角為+23°27′，冬至點(diǎn)赤緯角為-23°27′，春秋分為0°。因此計算日期時，以春分3月21日～22日、秋分9月22日～23日為零度，并可粗略地認(rèn)為赤緯分度為四天來計算日期。

三：試驗(yàn)儀器

本試驗(yàn)所使用的儀器為三參數(shù)日照儀，圖2-5.2為儀器的構(gòu)造示意圖。三參數(shù)日照儀器通過調(diào)理赤緯調(diào)理螺旋、地理緯度調(diào)理螺旋以及時間定位螺旋來模擬地球上任意地點(diǎn)、任意時間的當(dāng)?shù)厝照諣顩r。通過樹立在地平面盤上的投影針的影長和方位，可以確定太陽的方位高度角。試驗(yàn)記錄下的一天中不同時段的太陽高度方位角，然后繪圖出棒影圖得出一天中太陽的射影軌跡。

四、試驗(yàn)內(nèi)容

·提前制作一個適當(dāng)比例的模型。

·利用日照儀測試模型建筑所在地冬至日的日出時間，日落時間，以及每隔一小時的太陽高度角和方位角。

·利用日照儀繪制該地區(qū)冬至日的棒影圖?！ぴ谌照諆x上測試該地區(qū)兩幢建筑的日照狀況及其陽光遮擋對周邊環(huán)境的影響。

五、試驗(yàn)過程

（Ⅰ)儀器調(diào)理步驟：1.赤道平面盤調(diào)水平

a.將水平器放在赤道平面盤上，旋松赤緯調(diào)理螺旋使水平器上水泡于正中位置時，在將赤緯調(diào)理螺旋旋緊。

b.將水平器分別放在赤道平面盤的不同位置，分別調(diào)理支架下的三個地腳螺旋，使赤道平面保持水平。

2.赤緯零度校正

將赤緯刻度盤上腰型槽內(nèi)螺旋旋松，轉(zhuǎn)動赤緯刻度盤，使零位對準(zhǔn)儀器支架上的紅線，然后將腰型槽內(nèi)螺旋旋緊，使赤緯刻度盤固定。

3.高度角和方位角的校正

將時間盤定位指針指向12點(diǎn)時，調(diào)理地理緯度調(diào)理螺旋將地平面旋繞轉(zhuǎn)在45°處，依照燈調(diào)整到相應(yīng)的位置，使地平面盤上100mm投影針指向方位0°，投影端正好落在高度角45°處。

（Ⅱ）儀器使用操作步驟：

1.調(diào)理地理緯度

調(diào)理地理緯度調(diào)理螺旋按鈕使其指向所要求測試的地理的緯度處。

2.調(diào)理赤緯角度

旋松赤緯調(diào)理螺旋，使赤緯刻度盤讀書指向測量日期所對應(yīng)的赤緯角度，然后將赤緯調(diào)理螺旋旋緊。

3.測量日出（日落）時間

旋轉(zhuǎn)盤時間刻度盤，觀測投影針投影，當(dāng)光線與地平面盤平行時，時間盤所示時間即為日出（日落）時間

4.測量太陽高度角和方位角

轉(zhuǎn)動時間盤，地平面盤上的投影針的投影所指的方向即為太陽方位角，投影端所達(dá)到的高度角即為太陽高度角。當(dāng)太陽高度角小于20°，需將100mm投影針換成30mm投影針，高度角同心圓為虛線所示。

5.觀測建筑物的日照狀況

觀測此地、此日建筑物的在不同時間段里的日照狀況:日照面積，日照時間，建筑物周邊的陰影變化，兩個建筑相互遮掩狀況等，并拍照記錄分析。

六、試驗(yàn)結(jié)果與分析

（Ⅰ）試驗(yàn)的結(jié)果整理

1.整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表1——兩地數(shù)據(jù)整理城市項目北京廣州緯度39．55°N23．08°N經(jīng)度116.24°E113.14°E

2.繪制棒影圖

根據(jù)試驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)，繪制出該地區(qū)冬至日的日照棒影圖。

表2——廣州冬至日棒影長度計算

時間（時）項目冬至赤緯角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影長±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°

廣州冬至日太陽高度角與方位角的變化

棒影圖

日出8：00

9：00

11：00

13：00

15：00

17：0010：0012：0014：0016：00日落

試驗(yàn)得出的棒影圖

3.試驗(yàn)中建筑物的光照記錄

試驗(yàn)中在每個時間點(diǎn)的光照狀況對模型進(jìn)行拍攝記錄，通過對比來了解模型在冬至日全天的日照狀況。

北京冬至

日出7：328：008：32開始遮擋9：00

10：0011：0011：51全部遮擋12：00

13：0013：14開始受光13：47南面開始受光14：00

15：0015：28全部受光16：00日落16：48

廣州冬至

日出6：517：008：008：49開始遮擋

8：53第一個窗戶開始遮擋9：009：06其次個窗戶開始遮擋9：22三窗

9：48第四窗開始遮擋10：0010：12第五窗開始遮擋10：25六窗

10：37第七窗開始遮擋10：52第八窗開始遮擋11：0011：06九窗

11：08頂面全部受光11：28第十窗開始遮擋11：36三層窗戶全部受光11：46十一窗

11：54第十二窗開始遮擋12：0012：55其次層窗全受光13：00

13：30西側(cè)全部受光14：0014：36其次層窗開始遮擋14：56第三層窗

15：0015：0816：00日落17：42

4.用Ecotect、SU軟件對模型進(jìn)行光照模擬分析

Ecotect

北京日出7：37北京正午12：12北京日落16：47

廣州日出7：079：30開始遮擋12：00

12：45遮擋最大14：25西立面全部受光

16：45全部受光廣州17：41日落

SU模擬

廣州7：09日出9：36開始遮擋12：0013：02遮擋最大

14：40西立面全部受光16：32完全受光廣州17：43日落日出時間開始出現(xiàn)遮擋最大西立面全南立面全遮擋部受光部受光試驗(yàn)?zāi)M6:518:4912:001:30分3:08Ecotect7:089:3012:4514:4516:45模擬SU模擬7:109:351:0214:4016:32表3——廣州模擬日照數(shù)據(jù)對比日落時間17:4217:4217:44

（Ⅱ）比較試驗(yàn)結(jié)果與計算機(jī)模擬結(jié)果并分析

從上述的各個試驗(yàn)記錄圖中可以看出在日出時刻，太陽光由東南方向入射。此時的太陽高度角較低，所以我們看到建筑在地面投下的投影較長，東面以及南面受光。而由于兩個建筑之間有著足夠的間距，由于此時前面的這棟建筑沒有對后面的低矮的有陰影的遮擋。

8點(diǎn)時刻日照狀況基本一致。在8點(diǎn)49的時候可以發(fā)現(xiàn)較明顯的投影向北偏移的狀況。而且此時前面的建筑開始出現(xiàn)對后面的低矮建筑有遮擋的狀況出現(xiàn)。

9點(diǎn)的時候日照狀況趨于穩(wěn)定，與前面保持一致。

之后10點(diǎn)、11點(diǎn)隨著時間的推移太陽越來越高，前面的高層建筑對后面的低矮建筑的遮擋越來越多。

12點(diǎn)的時候后面的建筑被擋住的最多。但是后面的低矮建筑并沒有全部被前面的高層全部遮擋住，此時三層的建筑是能過見光的，沒有被遮擋住陽光、在12點(diǎn)55的時候，此時后面的建筑的二層以上全部受光。

1點(diǎn)與12點(diǎn)55的日照狀況基本一致。而在1點(diǎn)30的時候這時開始后面建筑的西立面全部受光。

下午2點(diǎn)時刻。隨著時間的推移，太陽開始下降，后面建筑的南立面開始一點(diǎn)一點(diǎn)的接收到太陽光。

下午3點(diǎn)時刻投影繼續(xù)向東偏移，后面建筑的南立面的受光面越來越大。在3點(diǎn)08分的時候此時后面低矮建筑的南立面全部受光。此后，后面低矮建筑不再處于前面建筑的陰影區(qū)內(nèi)。

下午四點(diǎn)時刻，建筑的西立面與南立面全部已經(jīng)接收太陽光。下午5點(diǎn)時刻，此時太陽光的光線強(qiáng)度越來越弱，建筑東面的投影也越來越長。

日落時刻，太陽高度角最低，投影最長，光線很弱。

試驗(yàn)結(jié)果與軟甲模擬結(jié)果對比

1、用ecotect軟件分析得到的廣州日出時間是7點(diǎn)08分，日落時間是17點(diǎn)42分。而從試驗(yàn)中我們得到的日出時間是6點(diǎn)51分，日落時間是17點(diǎn)42，用SU軟件得出的日出時間是7點(diǎn)10分，日落時間是17點(diǎn)44。

2、用ecotect軟件分析得到的當(dāng)建筑開始有遮擋的時間是9點(diǎn)30分，從試驗(yàn)中我們得到的是8點(diǎn)49分。用SU軟件得出的時間是9點(diǎn)35分。

3、用ecotect軟件分析得到的當(dāng)建筑達(dá)到最大的遮擋的時間是12點(diǎn)45分，從試驗(yàn)中我們得到的是12點(diǎn)的時候，用SU軟件得出的時間是1點(diǎn)02分。4、用ecotect軟件分析得到的當(dāng)建筑的西立面全部受光的時間是14點(diǎn)45分，從試驗(yàn)中我們得到的是1點(diǎn)30分，用SU軟件得出的時間是14點(diǎn)40分。5、用ecotect軟件分析得到的當(dāng)建筑的南立面全部受光的時間是16點(diǎn)45分，從試驗(yàn)中我們得到的時間是3點(diǎn)08分，用SU軟件得出的時間是16點(diǎn)32分。

（Ⅲ）分析試驗(yàn)對比結(jié)果

1.為什么模型試驗(yàn)與計算機(jī)模擬的日出日落時間有三十分鐘的差距？

①有可能是我們在試驗(yàn)操作上出現(xiàn)了一些失誤，可能是模型沒有放正，方向上有偏差，或者是在看時間的時候總是會有誤差出現(xiàn)。

②還有就是試驗(yàn)中儀器的誤差，可能是地理緯度調(diào)理螺旋或是赤緯角螺旋調(diào)的不是很確鑿。這也會影響著最終的測量試驗(yàn)結(jié)果。

2.為什么在SU模擬日照中，12點(diǎn)時日影不是朝向正北？

①SU本身存在著誤差。

②廣州所在時區(qū)為東八區(qū)，采用的是東經(jīng)120度的地方時。而廣州的經(jīng)度

是東經(jīng)113度，依照1度4分鐘計算，廣州地方時比北京時間晚21分鐘。因此，廣州太陽高度角最大的時候，北京時間應(yīng)當(dāng)是12點(diǎn)21分，這時廣州日影朝向正北。在Ecotect模擬中（見上圖），北京的太陽高度角最大的時刻，是12：12，這時才是北京的正午，此時日影朝向正北。

七、試驗(yàn)心得

此后次試驗(yàn)中我明白了在平日的建筑設(shè)計中，考慮到前面的建筑與建筑之間的遮擋關(guān)系是十分重要的一個影響狀況。特別在住宅設(shè)計中，建筑室內(nèi)的采光是在設(shè)計中著重要注意的狀況，建筑的日照是要我們著重考慮的一部分。在之前的建筑設(shè)計中，關(guān)于日照方面的考慮僅僅停留在保證基本日照間距的淺顯層面上，而通過這次建筑日照模型試驗(yàn)，三參數(shù)日照儀為我們提供了一種直觀分析建筑日照遮擋的試驗(yàn)方法，讓我們親身感受日照對于建筑造型藝術(shù)，冬季取暖、夏季防熱的密切條件。此外還有就是一致的建筑放在不同的地方，建筑日照就會發(fā)生著很大的改變，因此我們設(shè)計中更應(yīng)當(dāng)要注意到這一點(diǎn)。通過這次試驗(yàn)我們小組的成員了解了試驗(yàn)原理和方法，同時把握模型試驗(yàn)的操作方法。在試驗(yàn)過程中，我感覺，充分了解儀器的使用方法，確鑿地使用儀器能使試驗(yàn)達(dá)到更好的效果，儀器的數(shù)據(jù)直接地反應(yīng)了試驗(yàn)的效果，十分直觀。我更加領(lǐng)會到了日照對建筑的影響，采光是建筑一個十分關(guān)鍵的問題。要做一個好的建筑師，必需在最開始就考慮好采光和遮擋的問題。任何事情都要自己實(shí)踐了才能真的懂得。采光一直是建筑不變的話題，柯布西耶曾經(jīng)提出了“陽光、空氣、綠地〞三個他看重的東西。居住在北半球的我們，在冬季的時候特別需要陽光，因此在住宅設(shè)計中，冬至日的采光是一個重要的方面。另外，通過這次試驗(yàn)，我也體會到，軟件模擬能幫我們在設(shè)計中分析好多問題，但軟件模擬的數(shù)據(jù)和實(shí)際的狀況可能有很大出入，因此現(xiàn)場的考察也