華中科技大學建筑物理試驗報告日照試驗

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

建筑物理

建筑日照試驗

試驗名稱：建筑日照試驗試驗地點：南四樓建筑物理試驗室試驗時間：2023年5月11日小組成員：指導老師：

一：試驗?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、圖解法和模型試驗法。本試驗所用的就是模型試驗法，通過日照儀直接獲得任意地點、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行直觀的試驗，研究日照設(shè)計問題。

本試驗要求學生了解好試驗原理和方法，把握模型試驗的操作方法。

二：試驗原理

根據(jù)地球繞太陽運行的規(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。所以夏至點赤緯角為+23°27′，冬至點赤緯角為-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，并可粗略地認為赤緯分度為四天來計算日期。

三：試驗儀器

本試驗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、任意時間的當?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、試驗內(nèi)容

·提前制作一個適當比例的模型。

·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，投影端所達到的高度角即為太陽高度角。當太陽高度角小于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、試驗結(jié)果與分析

（Ⅰ）試驗的結(jié)果整理

1.整理試驗數(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

試驗得出的棒影圖

3.試驗中建筑物的光照記錄

試驗中在每個時間點的光照狀況對模型進行拍攝記錄，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?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）比較試驗結(jié)果與計算機模擬結(jié)果并分析

從上述的各個試驗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點時刻日照狀況基本一致。在8點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點的時候日照狀況趨于穩(wěn)定，與前面保持一致。

之后10點、11點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55的時候，此時后面的建筑的二層以上全部受光。

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

下午2點時刻。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一點的接收到太陽光。

下午3點時刻投影繼續(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點時刻，此時太陽光的光線強度越來越弱，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08分，日落時間是17點42分。而從試驗中我們得到的日出時間是6點51分，日落時間是17點42，用SU軟件得出的日出時間是7點10分，日落時間是17點44。

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

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

（Ⅲ）分析試驗對比結(jié)果

1.為什么模型試驗與計算機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結(jié)果。

2.為什么在SU模擬日照中，12點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)當是12點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、試驗心得

此后次試驗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，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)當要注意到這一點。通過這次試驗我們小組的成員了解了試驗原理和方法，同時把握模型試驗的操作方法。在試驗過程中，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達到更好的效果，儀器的數(shù)據(jù)直接地反應(yīng)了試驗的效果，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，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)和實際的狀況可能有很大出入，因此現(xiàn)場的考察也