2014一級建筑師《建筑物理與設(shè)備》建筑熱工學(xué)14

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　　日照基本原理

　　(一)地球繞太陽運(yùn)行的規(guī)律

　　地球按一定的軌道繞太陽的運(yùn)動，稱為公轉(zhuǎn)。公轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為一年。地球公轉(zhuǎn)的軌道平面叫黃道面。由于地軸是傾斜的，它與黃道面約成66oC33′的交角。公轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)交角和地軸的傾斜方向都是固定不變的。太陽光線垂直照射在地球上的范圍，在南、北23o27′緯度線之間作周期性變動。這兩條緯度線分別稱為南回歸線和北回歸線。

　　(二)太陽赤緯角a

　　通過地心并垂直地軸的平面與地球表面相交出來的圓，就是赤道。為了說明地球公轉(zhuǎn)時(shí)陽光直射地球的變動范圍，引入太陽赤緯角占的概念。它表示太陽光線與地球赤道面所夾的圓心角。赤緯角是用來表征不同季節(jié)的一個(gè)數(shù)值。赤緯角從赤道面算起，向北為正，向南為負(fù)，顯然有-23o27′≤δ≤-23o27′地球氣候在一年中的變化過程，要經(jīng)歷春分、夏至、秋分和冬至四個(gè)重要節(jié)氣。

　　春分：陽光直射點(diǎn)在赤道上，赤緯角δ=0°，南北半球晝夜等長，均為12小時(shí)。

　　夏至：陽光直射在北緯23o27′線(北回歸線)，并切過北緯66o33'線(北極圈)。赤緯角δ=23o27′，北半球白天最長夜間最短，南半球則相反。

　　秋分：陽光回到赤道，其赤緯角又為0o，南北半球的晝夜又是等長。在北半球，夏至一秋分的季節(jié)視為夏季，晝長夜短;南半球?yàn)槎?，夜長晝短。北極圈內(nèi)都處于面向太陽的一側(cè)，是“永晝”;南極圈內(nèi)則處在背太陽的一側(cè)，是“長夜”。

　　冬至：陽光直射在南緯23o27′線(南回歸線)，且切過南緯66o33′線(南回歸線)，其赤緯角δ=-23o27′，此日，北半球白天最短夜間最長;而南半球則相反。

　　(三)時(shí)角

　　太陽所在的時(shí)圈與通過當(dāng)?shù)卣戏较虻臅r(shí)圈(子午圈)構(gòu)成的夾角稱為時(shí)角。地球自轉(zhuǎn)一周360o需一天時(shí)間，因而每小時(shí)對應(yīng)的時(shí)角為15′。

　　式中Ω――地方太陽時(shí)對應(yīng)的時(shí)角，度，正午為零，上、下午對稱，下午為正，上午為負(fù);

　　Tm――地方太陽時(shí)，h。

　　(四)太陽高度角和太陽方位角

　　太陽位置用太陽高度角厶，和太陽方位角A，來表示。太陽高度角，是指太陽光線與地平面的夾角。太陽方位角是指太陽光線在地平面上的投影線與地平面正南線所夾的角。以下幾種特殊的太陽位置較為重要：

　　(1)任何一個(gè)地區(qū)，日出、日落時(shí)，太陽高度角均為零。

　　(2)一天中，只有在正午，即地方太陽時(shí)為12時(shí)的時(shí)候，太陽高度角最大，此時(shí)太陽位于正南。

　　(3)太陽方位角，以正南點(diǎn)為零，順時(shí)針方向?yàn)檎?，表示太陽位于下午的范?逆時(shí)針方向?yàn)樨?fù)，表示太陽位于上午的范圍。

　　(4)任何一天內(nèi)，上、下午太陽的位置對稱于正午，即上、下午的太陽高度角數(shù)值相同，太陽方位角的數(shù)值相同但符號相反。

　　確定太陽高度角和方位角的目的是為了進(jìn)行日照時(shí)數(shù)、日照面積、房屋朝向和間距以及房屋周圍陰影區(qū)范圍等問題的計(jì)算。

　　影響太陽高度角hS和方位角AS的因素有三個(gè)：赤緯角，它表明季節(jié)(即日期)的變化;時(shí)角，它表明時(shí)間的變化;地理緯度，它表明觀察點(diǎn)所在地方的差異。

　　1.太陽高度角丸

　　sinhS=sin(1-53)

　　式中hs一太陽高度角度;

　　φ―地理緯度;

　　δ―太陽赤緯角度;

　　Ω―時(shí)角度。

　　2.太陽方位角AS

　　3.日出、日沒時(shí)的太陽高度角

　　日出、日沒時(shí)hS，=0.

　　4.正午的太陽高度角

　　正午時(shí)Ω=0，太陽高度角最大。

　　(五)日照百分率

　　日照程度用日照時(shí)數(shù)和日照百分率來衡量。日照時(shí)數(shù)是指太陽實(shí)際照射到某表面的時(shí)數(shù);日照百分率是指一定時(shí)間內(nèi)某地日照時(shí)數(shù)與該地的可照時(shí)數(shù)的百分比。同一緯度的可照時(shí)數(shù)是相同的，但因各地云量、大氣透明度不同，實(shí)際的日照時(shí)數(shù)就不一樣，因而各地的日照百分率也不相同。日照百分率越大，則到達(dá)地面上的太陽輻射能的總和就越多，反之就少。

　　(六)地方時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)

　　日照設(shè)計(jì)所用的時(shí)間，均為地方平均太陽時(shí)，它與時(shí)鐘所指示的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間會有一定的差值，兩者需要換算。

　　確立地球上時(shí)間基準(zhǔn)的重要因素是地球的經(jīng)度。全球共分3'60條經(jīng)線，經(jīng)國際協(xié)議，把通過英國格林尼治天文臺的經(jīng)線稱作本初子午線，定為0o，由此往東、西各分180o，分別稱為東經(jīng)、西經(jīng)。所謂的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，就是各國按所處的地理位置的某一范圍，規(guī)定所轄地區(qū)的時(shí)間統(tǒng)一以某一條子午線的時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。如我國的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是以東經(jīng)120o子午線作為北京時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)。顯然，以太陽正對某地子午線的時(shí)刻為中午埠時(shí)所推算出的時(shí)間，就是地方太陽時(shí)。地方太陽時(shí)和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的換算可近似按式(1―55)進(jìn)行：

　　T0=Tm+4(L0?Lm)

　　式中To――標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，時(shí)：分;

　　Tm――地方太陽時(shí)，時(shí)：分;

　　L0――標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間子午圈的經(jīng)度，度;

　　Lm――某地子午圈的經(jīng)度，度;

　　4(L0?Lm)――時(shí)差，分。

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