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哈尔滨市有效日照时数计算与分析张海玉;曹彦;王永波;王蕾【摘要】城区有效日照时数的确定是城市住宅规划中不可缺省的一部分.文中则运用棒影日照图进行建筑日照分析、建模,通过程序可以计算出哈尔滨市任意小区内任意一点有效日照时数及全天日照时数,为建筑工程和住宅小区商品房推销提供了可靠的气象科学依据.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2015(037)002【总页数】2页(P20-21)【关键词】有效日照时数;太阳高度角;棒影日照图【作者】张海玉;曹彦;王永波;王蕾【作者单位】黑龙江省气象服务中心, 哈尔滨150080;黑龙江省气象服务中心, 哈尔滨150080;黑龙江省气象服务中心, 哈尔滨150080;黑龙江省气象服务中心, 哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TU113.3为了使室内保持良好的卫生条件，起到灭菌防潮的作用，提高室内在冬季的温度，住宅建筑需要适宜的光照环境。
为达到适宜光照环境，在住宅建筑规划设计中，住宅建筑间的距离、高度、朝向等就显得至关重要。
小区内建筑物的采光问题是住宅建设中需重点研究的内容。
文中则运用棒影日照图进行建筑日照分析、建模，通过程序可以计算出哈尔滨市任意小区内任意一点有效日照时数及全天日照时数。
通过计算有效日照时数，为小区住宅及商品房的销售提供准确的科学依据。
1.1 棒影长度求解假设垂直立于地面上的任意棒的棒高H，该棒在某一时刻棒影的长度H′关系式为H′=H·ctghs式中，H为垂直于地面的棒高；H′为某时刻棒影长度；hs为太阳高度角，即太阳光线与地平面的夹角；棒影方位角As′的关系式为As′=As+180°式中，As为太阳方位角，即太阳光线在地平面上的投影线与地平面正南线的夹角。
根据日照原理，则cosAs=(si nhs·sinΦ-sinδ)/(coshs·cosΦ)sinhs=sinΦ·sinδ+ cosΦ·cosδ·cosΩ式中，Φ为地理纬度，即所在城市地理纬度；Ω为时角，即一天中地球自转在不同时刻的时角；δ为太阳赤纬角，即太阳光线与地球赤道面所夹的圆心角。
建筑方案日照分析图步骤建筑方案日照分析图是建筑设计中常用的一种分析工具，用于评估建筑物在不同时间段内的日照情况。
通过分析日照分布情况，可以确定建筑物在不同季节和不同时间段内的照明状况，以及可能存在的遮挡问题。
下面是建筑方案日照分析图的具体步骤。
1. 收集数据在进行日照分析之前，首先需要收集一些必要的数据，如建筑物的地理位置、高度和方位角等。
这些数据将用于进行日照计算和分析。
2. 确定分析时间段根据需要分析的问题，确定适当的时间段。
可以选择一天中的不同时间段进行分析，比如早晨、中午和傍晚等时间段，或者选择一年中的不同季节进行分析。
不同时间段的日照情况可能存在明显的差异，因此需要根据实际情况进行选择。
3. 进行日照计算利用专业的建筑日照模拟软件，根据建筑物的数据和时间段的选择，进行日照计算。
该软件可以根据地理位置和日期/时间信息，模拟太阳的运动轨迹，并计算出各个时间点的太阳高度角和方位角等参数。
4. 绘制日照分析图根据日照计算结果，使用绘图软件或CAD软件，绘制出日照分布图。
日照分析图通常以平面图的形式呈现，每个时间段对应一张图。
图中会标注出建筑物的轮廓和朝向，以及日照状况的分布情况。
5. 添加色阶和阴影效果为了更直观地显示日照情况，可以对日照分析图进行一些色彩处理。
可以根据日照强度的高低，为不同区域设置不同的色阶，以突出日照情况的差异。
同时，还可以添加阴影效果，以模拟建筑物投射出的影子，进一步表现出遮挡的情况。
6. 分析结果及优化通过对日照分析图的观察和分析，可以得出一些结论和建议。
比如，哪些区域存在严重的遮挡问题，需要进一步优化；哪些区域日照充足，可以用作绿化或采光区域等。
根据分析结果，可以对建筑方案进行相应的优化和调整。
总结：以上是建筑方案日照分析图的基本步骤。
通过进行日照分析，可以评估建筑物的照明情况，提供便于设计师和规划者做出科学和合理的决策的依据。
同时，还可以为建筑物的绿化和采光等方面提供参考，提高建筑物的可持续性和人居环境的舒适度。
棒影图实验
一、实验目的
1、了解三参数日照仪的使用原理和使用方法
2、绘制棒影图的方法
3、棒影图的用途
二、实验设备
三参数日照仪、三角板、量角器、计算机
三、预习要求
《建筑物理》第六章。
四、实验原理与方法
1、三参数日照仪的原理
在自然阳光的照射中，由于地球太阳转动和地球的自转，太阳的高度角和方位角也在随着持续变化，其变化值取决于测量时间、测量地点的纬度和赤纬度这三个重要的参数。
三参数日照仪就是依据以上的原理设计而成的。
2三参数日照仪的使用方法
●模拟平行光源（建议≥500W的探照灯）
●将日照仪放于平稳的桌面上，使纬度盘刻度为0，时间表为12时，赤纬度位
于3月份（春分和秋分的日照位置）。
挪动日照仪或灯源位置，使棒影图位于
无影的状态。
●调节纬度盘、赤纬盘，调到要测的地理位置和要测的日期，转动支架，可测出
不同时间的日照状况。
或直接在地平面上铺纸绘制棒影图。
3棒影图的制作
方法一：三参数日照仪法
●调节日照仪上的纬度盘、赤纬角刻度盘使之与设计所在地的纬度、赤纬度一致；
●在地面上铺纸、立棒、转动时角刻度盘，画当地、当日棒影轨迹；
●把预先制作好的建筑模型放在地面，使其朝向与设计朝向一致。
转动时间刻度
盘，即可观察。
方法二：计算绘制法
依据给定的地点、日期和时间计算太阳高度角及方位角，按照比例画出棒影图。
4 棒影图的使用
建筑物朝向和间距
五、实验步骤指导
1、检查仪器以及校准仪器
2、绘制棒影图
3、确定朝向和间距
六目前获得建筑物阴影的方法
计算机模拟法。
第24卷第2期合肥工业大学学报(自然科学版)Vol.24No.2 2001年4月JO URN AL O F HEFEI UN IV ERSITY O F TECHNO LOGY Apr.2001确定住宅建筑日照间距的棒影图综合分析法黄 农1, 姚金宝2, 瞿 伟3(1.合肥市规划局,安徽合肥 230001; 2.合肥工业大学土木建筑工程学院,安徽合肥 230009; 3.昆明理工大学建筑工程学院,云南昆明 650051)摘 要:住宅建筑日照分析是城市居住区规划设计中的一项重要工作内容。
对于正南向布置的住宅按照各地正南向住宅的标准日照间距系数计算即可,但是对于不同朝向的住宅或老城区、周围建筑密集区的住宅,日照间距的确定较为困难。
文章提出利用棒影日照图综合分析确定住宅建筑日照间距,对于解决这类问题是一种可靠实用的方法。
关键词:城市规划;居住区规划设计;住宅建筑日照间距;棒影日照图中图分类号:T U984.12;TU113.3 文献标识码:A 文章编号:1003-5060(2001)02-0217-05General analytical method to get the residential buildingsinsolation interval by using stick sunlight shadow chartHU AN G No ng1, Y AO Jin-bao2, QU W ei3(1.Hefei City Planning Bureau,Hefei230001,China; 2.School of Civil Engineering,Hefei Univ ersity of Techn olog y,Hefei230009, China; 3.Sch ool of Civil Engineering,Kunming University of Science and Tech nology,Kunming650051,Ch ina)Abstract:The residential building s insola tion interval analysis is an impo rtant job in the field o f urban residential district planning and desig n.The insolation interv al of the buildings facing to the south can be g ot by the sta nda rd co efficient of such building s insola tion interv al.But to the buildings w hich will be built in the old city zone or to wa rds other sides than the south,the building s inso latio n interv al is difficult to determine.This paper pro poses a g eneral analy tical metho d to g et the residential building s inso la tio n interv al by using stick sunlight shado w chart.The m ethod is prov ed to be reliable a nd practical.Key words:city pla nning;urban residential district planning and desig n;residential building s inso la tio n interv al;stick sunlight shadow cha rt住宅建筑需要适宜的日照,主要目的是为了能使室内有良好的卫生条件,起消灭细菌和干燥潮湿房间的作用,以及在冬季能使房间获得太阳辐射热而提高室温。
关于建筑设计中棒影日照图的应用分析摘要：本文以棒影日照图的具体棒影数值为切入点，就其在住宅建筑设计中具体应用手段，做细致的探究分析，期望为有效改善住宅建筑冬季日照时间，提升住户居住环境与条件，提供有益的参考。
关键词：建筑设计；棒影日照图；日照时间《城市居住规划设计》对各气候区不同规模城市的住宅大寒日、冬至日日照时间均做出了最低限度规定，并要求老年人居住建筑冬至日日照时间不应低于2小时标准。
然而当前部分建筑因施工时建设单位对日照时间的疏忽，或是本身建筑地形、朝向、用地紧张等因素的影响，致使所建住宅建筑无法满足最低的城市住宅日照时间要求。
导致居民在冬季得不到足够的阳光照射，进而形成冰冷的住宅环境。
特别是建筑底部数层的住户，在冬季都得不到充分的日照时间，导致居住环境阴森寒冷，影响住户居住舒适度与卫生健康。
若能将棒影日照图应用到住宅建筑设计中，建设单位就能依据棒影日照图的数据，判别该建筑设计方案在冬季的日照时间，进而指导住宅建筑施工设计，确保建筑冬季日照时间的充分，以实现住户舒适、健康的居住环境要求。
一、棒影日照图的棒影数值概述棒影日照图中棒影具体数值的运算，是先假设垂直于地面的任一棒的棒高为H，此棒在某一时刻下的棒影长度则为H′，而棒影的方位角为A′s，三者间的具体关系式为：H′=H·coth （1）A′s =As+180°（2）再结合日照原理定义，则进一步得出：cosa=（sinhs ·sinФ-sinδ）/（coshs·cosФ）（3）Sinhs=sinФ·sinδ+cosФ·cosδ·cosΩ（4）四者关系式中，Ф是指地理纬度，即住宅建筑所处的具体地理纬度位置；δ是指太阳赤纬角，即太阳照射光线与地球赤道面之间所夹的圆心角数值；Ω则指时角，即是指在一天之中地球自转在某一时刻的时角；hs是指太阳高度角，即为太阳照射光线与地球地平面之间所形成的夹角；而A则是指太阳方位角，即为s太阳照射光线在地球地平面上的投影线，与地平面正南线之间所形成的夹角。
日照间距指前后两排南向房屋之间，为保证后排房屋在冬至日底层获得不低于一小时的满窗日照而保持的最小间隔距离。
日照间距的计算方法：以房屋长边向阳，朝阳向正南，正午太阳照到后排房屋底层窗台为依据来进行计算。
由图可知：tanh=(H-H1)/D,由此得日照间距应为：D=(H-H1)/tanh；式中：h—太阳高度角H—前幢房屋檐口至地面高度；H1—后幢房屋窗台至地面高度。
实际应用中，常将D换算成其与H的比值，即日照间距系数，以便于根据不同建筑高度算出相同地区、相同条件下的建筑日照间距。
如居室所需日照时数增加时，其间距就相应加大，或者当建筑朝向不是正南，其间距也有所变化。
在坡地上布置房屋，在同样的日照要求下，由于地形坡度和坡向的不同，日照间距也会随之改变。
当建筑平行等高线布置，向阳坡地，坡度越陡，日照间距可以越小；反之，越大。
有时，为了争取日照，减少建筑间距，可以将建筑斜交或垂直于等高线布置。
日照间距百科名片编辑本段计算方法日照间距的计算方法：以房屋长边向阳，朝阳向正南，正午太阳照到后排房屋底层窗日照间距台为依据来进行计算。
由图可知：tanh=(H-H1)/D,由此得日照间距应为：D=(H-H1)/tanh；式中：h—太阳高度角H—前幢房屋女儿墙顶面至地面高度；H1—后幢房屋窗台至地面高度。
(根据现行设计规范，一般H1取值为0.9m，H1>0.9m时仍按照0.9m取值）在着超高建筑物。
在建筑小区建筑总平面日照计算中，不能用多个单体建筑物的日照等时线简单线性叠加。
对于不同朝向的日照计算，我国一些城市的地方法规对太阳光线入射角度与承照墙面的夹角有一定的限制，所以，用棒影图求解十分麻烦。
居住区众多点式和条式住宅混合形成的日照等时线场存在着日照等时线的摄动现象，这种现象造成用间距系数来测算日照情况存在较大误差。
简单地采用从图纸上量取间距系数来制定建筑的排布和间距是极不可靠的，它可能导致失误，在方案后期发现的日照问题将给设计单位和业主造成人力和物力的损失。
第24卷第2期合肥工业大学学报(自然科学版)Vol.24No.2 2001年4月JO URN AL O F HEFEI UN IV ERSITY O F TECHNO LOGY Apr.2001确定住宅建筑日照间距的棒影图综合分析法黄 农1, 姚金宝2, 瞿 伟3(1.合肥市规划局,安徽合肥 230001; 2.合肥工业大学土木建筑工程学院,安徽合肥 230009; 3.昆明理工大学建筑工程学院,云南昆明 650051)摘 要:住宅建筑日照分析是城市居住区规划设计中的一项重要工作内容。
对于正南向布置的住宅按照各地正南向住宅的标准日照间距系数计算即可,但是对于不同朝向的住宅或老城区、周围建筑密集区的住宅,日照间距的确定较为困难。
文章提出利用棒影日照图综合分析确定住宅建筑日照间距,对于解决这类问题是一种可靠实用的方法。
关键词:城市规划;居住区规划设计;住宅建筑日照间距;棒影日照图中图分类号:T U984.12;TU113.3 文献标识码:A 文章编号:1003-5060(2001)02-0217-05General analytical method to get the residential buildingsinsolation interval by using stick sunlight shadow chartHU AN G No ng1, Y AO Jin-bao2, QU W ei3(1.Hefei City Planning Bureau,Hefei230001,China; 2.School of Civil Engineering,Hefei Univ ersity of Techn olog y,Hefei230009, China; 3.Sch ool of Civil Engineering,Kunming University of Science and Tech nology,Kunming650051,Ch ina)Abstract:The residential building s insola tion interval analysis is an impo rtant job in the field o f urban residential district planning and desig n.The insolation interv al of the buildings facing to the south can be g ot by the sta nda rd co efficient of such building s insola tion interv al.But to the buildings w hich will be built in the old city zone or to wa rds other sides than the south,the building s inso latio n interv al is difficult to determine.This paper pro poses a g eneral analy tical metho d to g et the residential building s inso la tio n interv al by using stick sunlight shado w chart.The m ethod is prov ed to be reliable a nd practical.Key words:city pla nning;urban residential district planning and desig n;residential building s inso la tio n interv al;stick sunlight shadow cha rt住宅建筑需要适宜的日照,主要目的是为了能使室内有良好的卫生条件,起消灭细菌和干燥潮湿房间的作用,以及在冬季能使房间获得太阳辐射热而提高室温。
因此合理地确定住宅建筑之间的距离及朝向、高度等,是住宅建筑规划设计的一项重要工作。
同时,合理地确定住宅建筑间距,涉及到广大城市居民的切身利益。
近年来,城市建设用地十分紧张,有些建设单位从经济利益的角度出发,总想将建筑容积率加大,违法建设,造成建筑物周围居民住宅日照时间不能满足规范要求,此类上诉案例时有发生。
另收稿日期:2000-07-31作者简介:黄 农(1956-),男,安徽金寨人,硕士,合肥市规划局高级工程师.218 合肥工业大学学报(自然科学版) 第24卷外,城市居民维护自身合法权益的法律意识日渐增强,一些人对自己居住地周围即将建设或正在建设的楼房往往会产生担心自己家中照射不到阳光的疑虑,要求建设单位或规划部门给出一个满意的答复。
目前,国内住宅建筑日照间距的确定,执行国家标准[1]及各地规划管理部门制定的有关技术规定。
其主要办法是根据建筑气候分区制订出大寒日或冬至日在一天中有效日照时间带范围内,日照时数不低于控制数值。
由此确定出正南向住宅的标准日照间距系数及不同方位间距折减系数,用以计算出住宅建筑的日照间距控制值。
上述方法在实际规划设计工作中,对于相邻建筑比较规则简单的情况是实用便利的,但对于城市中心区,周围建筑十分拥挤或地形比较复杂的情况,住宅建筑日照间距的确定比较困难,同时也很难给建筑周围的居民一个明确、直观的解释。
为此,本文提出了确定住宅建筑日照间距棒影图综合分析法。
1 棒影日照图的绘制1.1 棒影数值计算[1～3]假设垂直立于地面上的任意棒的棒高H,该棒在某一时刻棒影的长度H′,影的方位角A s′关系式为H′=H co t h s(1)A s′=A s+180°(2)根据日照原理,则co s T=(sin h s sin H-sin W)/(co s h s cos H)(3)sin h s=sin H sin W+co s H cos W cos K(4)式中 H——地理纬度,即建筑物所在城市的地理纬度W——太阳赤纬角,即太阳光线与地球赤道面所夹的圆心角K——时角,即一天中地球自转在不同时刻的时角h s——太阳高度角,即太阳光线与地平面间的夹角A s——太阳方位角,即太阳光线在地平面上的投影线与地平面正南线所夹的角1.2 计算中的若干问题(1)地理纬度H 各城市的地理纬度不同,可根据当地有关部门的资料获得,也可参阅有关规范[1]条文说明。
地理纬度H的取值微差,可通过计算分析误差,对棒影长度的影响较小(见表1),可忽略不计。
表1 棒影长度表(W=-20°0′0″,H=1m)m时 刻h=31°51′h=31°53′误差/(%)12∶00 1.273 1.2750.1611∶00 1.367 1.3680.0710∶00 1.683 1.6850.129∶00 2.405 2.4080.128∶00 4.464 4.4700.13(2)太阳赤纬角W 赤纬角W值在每年同日期都有微差,赤纬角W值的日变化在大寒日有十多秒,在冬至日仅数秒。
根据1970～2000年30年的天文资料[4]可以得到W的最大值:大寒日 W=-20°17′冬至日 W=-23°27′(3)地方时与北京标准时[1,5] 地方平均太阳时与北京标准时的转换关系为T 0=T m +4(120°-L m )+E p(5)式中 T 0——北京标准时间T m ——地方平均太阳时L m ——当地时间子午圈所处的经度E p ——均时差 一年中E p 值变化的范围为-14.3～16.4min,可从有关天文资料中获得。
涉及到冬季日照的均时差值:大寒日为-10min 55s,冬至日为1min 45s(1970～2000年30年天文资料[4]中E p 的平均值)。
我国地域广阔,东西时差约4h ,一般在进行日照分析中,采用当地平均时。
当所在城市与北京市所处的地理经度相差不大时,也可采用北京标准时,只是正午的时间不是北京时间12∶00,而存在一个时差。
例如,合肥市地理经度117°18′,由(5)式计算可知,大寒日当地平均时与北京标准时相差约1min,冬至日约13min 。
1.3 计算结果根据上述日照原理,利用软件计算出建筑物所在地大寒日或冬至日中各时刻棒影的h s 、A s 、H ′、A s ′值,时间步长可根据实际需要自定,通常取0.5h 或1h 。
棒高值即由建筑物的相对高度确定。
计算结果见表2所列。
表2 棒影长度计算结果时 刻A s h s影长/m 12∶000° 0′ 0″37° 52′ 0″ 1.2911∶00 13∶0017° 26′ 40″35° 55′ 17″ 1.3810∶00 14∶0032° 57′ 57″30° 28′ 10″ 1.709∶00 15∶0045° 49′ 23″22° 21′ 44″ 2.438∶00 16∶0056° 17′ 24″12° 26′ 30″ 4.537∶00 17∶0064° 59′ 43″1° 20′ 2″42.94日出 日落65° 54′ 49″0° 0′ 0″∞ 注:地理纬度:31°51′0″;赤纬:-20°17′;棒高:1m。
图1 棒影日照图1.4 棒影日照图绘制根据上述计算得到的数据,利用计算机软件Auto C AD 自动绘制出棒影日照图,并存在图形文件中,供下一步分析时调用,图中比例可根据需要自行选定,所绘棒影日照图,见图1所示。
2 住宅窗口有效水平采光角室内日照时间多少,与窗口的形状、大小、朝向及外墙厚度等因素有关。
2.1 窗口水平采光角θ1如图2所示,在窗口平面的4个墙角点A 、B 、C 、D 对角线的延长线所构成的水平角,即为窗口的水平采光角θ1。
在θ1角度以外,阳光均被墙体遮挡,无法射入室内。
219第2期 黄 农,等:确定住宅建筑日照间距的棒影图综合分析法2.2 窗口有效水平采光角θ从图2中可以看出,在角θ1靠近A 、D 的两侧,虽然阳光可以射入窗内,但是日照量很小,且通常照在室内墙面上,此时太阳位置较低,日照效果差。
为此,本文提出采用窗口有效采光角θ。
从图3中可以看出,将窗口外墙A 、D 两点与窗口内墙B 、C 两点的中点E 相连,A ED 即为窗口有效水平采光角θ。
在角θ范围内,阳光至少可以通过窗口宽度的一半射入室内,使室内获得较好的日照效果。
