華中科技大學(xué)建筑物理試驗(yàn)報(bào)告日照試驗(yàn)

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建筑物理

建筑日照試驗(yàn)

試驗(yàn)名稱(chēng)：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(shí)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(duì)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(jì)工應(yīng)重視建筑日照的設(shè)計(jì)。求解日照問(wèn)題的方法有計(jì)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(guò)日照儀直接獲得任意地點(diǎn)、任意日期和時(shí)刻的太陽(yáng)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(guān)的試驗(yàn)，研究日照設(shè)計(jì)問(wèn)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(yáng)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(yáng)光線(xiàn)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(xiàn)23°27′和南回歸線(xiàn)-23°27′。太陽(yáng)光線(xiàn)與地球運(yùn)行赤道面所夾的角，稱(chēng)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(jì)算日期時(shí)，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(lái)計(jì)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(guò)調(diào)理赤緯調(diào)理螺旋、地理緯度調(diào)理螺旋以及時(shí)間定位螺旋來(lái)模擬地球上任意地點(diǎn)、任意時(shí)間的當(dāng)?shù)厝照諣顩r。通過(guò)樹(shù)立在地平面盤(pán)上的投影針的影長(zhǎng)和方位，可以確定太陽(yáng)的方位高度角。試驗(yàn)記錄下的一天中不同時(shí)段的太陽(yáng)高度方位角，然后繪圖出棒影圖得出一天中太陽(yáng)的射影軌跡。

四、試驗(yàn)內(nèi)容

·提前制作一個(gè)適當(dāng)比例的模型。

·利用日照儀測(cè)試模型建筑所在地冬至日的日出時(shí)間，日落時(shí)間，以及每隔一小時(shí)的太陽(yáng)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(cè)試該地區(qū)兩幢建筑的日照狀況及其陽(yáng)光遮擋對(duì)周邊環(huán)境的影響。

五、試驗(yàn)過(guò)程

（Ⅰ)儀器調(diào)理步驟：1.赤道平面盤(pán)調(diào)水平

a.將水平器放在赤道平面盤(pán)上，旋松赤緯調(diào)理螺旋使水平器上水泡于正中位置時(shí)，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(pán)的不同位置，分別調(diào)理支架下的三個(gè)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(pán)上腰型槽內(nèi)螺旋旋松，轉(zhuǎn)動(dòng)赤緯刻度盤(pán)，使零位對(duì)準(zhǔn)儀器支架上的紅線(xiàn)，然后將腰型槽內(nèi)螺旋旋緊，使赤緯刻度盤(pán)固定。

3.高度角和方位角的校正

將時(shí)間盤(pán)定位指針指向12點(diǎn)時(shí)，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(pán)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(cè)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(pán)讀書(shū)指向測(cè)量日期所對(duì)應(yīng)的赤緯角度，然后將赤緯調(diào)理螺旋旋緊。

3.測(cè)量日出（日落）時(shí)間

旋轉(zhuǎn)盤(pán)時(shí)間刻度盤(pán)，觀(guān)測(cè)投影針投影，當(dāng)光線(xiàn)與地平面盤(pán)平行時(shí)，時(shí)間盤(pán)所示時(shí)間即為日出（日落）時(shí)間

4.測(cè)量太陽(yáng)高度角和方位角

轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間盤(pán)，地平面盤(pán)上的投影針的投影所指的方向即為太陽(yáng)方位角，投影端所達(dá)到的高度角即為太陽(yáng)高度角。當(dāng)太陽(yáng)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(xiàn)所示。

5.觀(guān)測(cè)建筑物的日照狀況

觀(guān)測(cè)此地、此日建筑物的在不同時(shí)間段里的日照狀況:日照面積，日照時(shí)間，建筑物周邊的陰影變化，兩個(gè)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?cái)?shù)據(jù)整理城市項(xiàng)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(guò)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(zhǎng)度計(jì)算

時(shí)間（時(shí)）項(xiàng)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(zhǎng)±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(yáng)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(gè)時(shí)間點(diǎn)的光照狀況對(duì)模型進(jìn)行拍攝記錄，通過(guò)對(duì)比來(lái)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(kāi)始遮擋9：00

10：0011：0011：51全部遮擋12：00

13：0013：14開(kāi)始受光13：47南面開(kāi)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(kāi)始遮擋

8：53第一個(gè)窗戶(hù)開(kāi)始遮擋9：009：06其次個(gè)窗戶(hù)開(kāi)始遮擋9：22三窗

9：48第四窗開(kāi)始遮擋10：0010：12第五窗開(kāi)始遮擋10：25六窗

10：37第七窗開(kāi)始遮擋10：52第八窗開(kāi)始遮擋11：0011：06九窗

11：08頂面全部受光11：28第十窗開(kāi)始遮擋11：36三層窗戶(hù)全部受光11：46十一窗

11：54第十二窗開(kāi)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(kāi)始遮擋14：56第三層窗

15：0015：0816：00日落17：42

4.用Ecotect、SU軟件對(duì)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(kāi)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(kāi)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(shí)間開(kāi)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(duì)比日落時(shí)間17:4217:4217:44

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

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

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

9點(diǎn)的時(shí)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(shí)間的推移太陽(yáng)越來(lái)越高，前面的高層建筑對(duì)后面的低矮建筑的遮擋越來(lái)越多。

12點(diǎn)的時(shí)候后面的建筑被擋住的最多。但是后面的低矮建筑并沒(méi)有全部被前面的高層全部遮擋住，此時(shí)三層的建筑是能過(guò)見(jiàn)光的，沒(méi)有被遮擋住陽(yáng)光、在12點(diǎn)55的時(shí)候，此時(shí)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(shí)候這時(shí)開(kāi)始后面建筑的西立面全部受光。

下午2點(diǎn)時(shí)刻。隨著時(shí)間的推移，太陽(yáng)開(kāi)始下降，后面建筑的南立面開(kāi)始一點(diǎn)一點(diǎn)的接收到太陽(yáng)光。

下午3點(diǎn)時(shí)刻投影繼續(xù)向東偏移，后面建筑的南立面的受光面越來(lái)越大。在3點(diǎn)08分的時(shí)候此時(shí)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(shí)刻，建筑的西立面與南立面全部已經(jīng)接收太陽(yáng)光。下午5點(diǎn)時(shí)刻，此時(shí)太陽(yáng)光的光線(xiàn)強(qiáng)度越來(lái)越弱，建筑東面的投影也越來(lái)越長(zhǎng)。

日落時(shí)刻，太陽(yáng)高度角最低，投影最長(zhǎng)，光線(xiàn)很弱。

試驗(yàn)結(jié)果與軟甲模擬結(jié)果對(duì)比

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

2、用ecotect軟件分析得到的當(dāng)建筑開(kāi)始有遮擋的時(shí)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(shí)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(shí)間是12點(diǎn)45分，從試驗(yàn)中我們得到的是12點(diǎn)的時(shí)候，用SU軟件得出的時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間是16點(diǎn)45分，從試驗(yàn)中我們得到的時(shí)間是3點(diǎn)08分，用SU軟件得出的時(shí)間是16點(diǎn)32分。

（Ⅲ）分析試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

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

①有可能是我們?cè)谠囼?yàn)操作上出現(xiàn)了一些失誤，可能是模型沒(méi)有放正，方向上有偏差，或者是在看時(shí)間的時(shí)候總是會(huì)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(huì)影響著最終的測(cè)量試驗(yàn)結(jié)果。

2.為什么在SU模擬日照中，12點(diǎn)時(shí)日影不是朝向正北？

①SU本身存在著誤差。

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

是東經(jīng)113度，依照1度4分鐘計(jì)算，廣州地方時(shí)比北京時(shí)間晚21分鐘。因此，廣州太陽(yáng)高度角最大的時(shí)候，北京時(shí)間應(yīng)當(dāng)是12點(diǎn)21分，這時(shí)廣州日影朝向正北。在Ecotect模擬中（見(jiàn)上圖），北京的太陽(yáng)高度角最大的時(shí)刻，是12：12，這時(shí)才是北京的正午，此時(shí)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(jì)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(gè)影響狀況。特別在住宅設(shè)計(jì)中，建筑室內(nèi)的采光是在設(shè)計(jì)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(jì)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(guò)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(guān)分析建筑日照遮擋的試驗(yàn)方法，讓我們親身感受日照對(duì)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(huì)發(fā)生著很大的改變，因此我們?cè)O(shè)計(jì)中更應(yīng)當(dāng)要注意到這一點(diǎn)。通過(guò)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(shí)把握模型試驗(yàn)的操作方法。在試驗(yàn)過(guò)程中，我感覺(jué)，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(guān)。我更加領(lǐng)會(huì)到了日照對(duì)建筑的影響，采光是建筑一個(gè)十分關(guān)鍵的問(wèn)題。要做一個(gè)好的建筑師，必需在最開(kāi)始就考慮好采光和遮擋的問(wèn)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(huà)題，柯布西耶曾經(jīng)提出了“陽(yáng)光、空氣、綠地〞三個(gè)他看重的東西。居住在北半球的我們，在冬季的時(shí)候特別需要陽(yáng)光，因此在住宅設(shè)計(jì)中，冬至日的采光是一個(gè)重要的方面。另外，通過(guò)這次試驗(yàn)，我也體會(huì)到，軟件模擬能幫我們?cè)谠O(shè)計(jì)中分析好多問(wèn)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(chǎng)的考察也