建筑日照计算研究
【摘 要】建筑日照是太阳光线直接照射到建筑地段、建筑围护结构表面和房间内部的现象，它决定于太阳运行位置(由太阳的高度角与太阳方位角来表示)与建筑物的相互位置关系。
标签 建筑；日照；计算；研究
建筑日照是太阳光线直接照射到建筑地段、建筑围护结构表面和房间内部的现象，它决定于太阳运行位置(由太阳的高度角与太阳方位角来表示)与建筑物的相互位置关系。
1 建筑日照计算参数
1.1 天球和天球坐标
地球绕太阳运行，但是我们在地球上见到的却是太阳在天空中移动。为了说明太阳在天空中对地球所做的相对运动，假定地球不动，以地球为中心，以任意长为半径，作一个假想球面。天空中的一切星体，包括太阳在内，均在这个球面上并绕着地球的轴面转动，这个假想的球体，即称为天球。延长地轴线与天球相交的两点就是天极，PN为北天极，PS为南天极，PNP S为天轴。把地球的赤道面无限扩大，同天球相割而成的天球大圆叫做天球赤道。把通过地心并平行与某地地平面的平面无限扩大，同时天球相割而成的天球大圆叫做地平圈。
太阳在天球上的位置每日、每时都在变化，常用赤道坐标系和地平坐标系来表示。赤道坐标系实际上就是把地球上的经纬度坐标系统无限扩大至天球，以赤纬和时角来表示太阳的位置。地平坐标系是以地平圈为基圈，用太阳高度角和方位角两个坐标来确定太阳在天球中的位置。
1.2 时角和赤角
以天球赤道为基圈，作一系列平行于天赤道的圈叫做赤纬圈(相当于地球的纬度圈)。赤纬圈的度数简称赤纬，记作j。以天赤道为00，向北、天极各分900 。
通过天轴与天球相割而成的一系列大圆叫做时圈(相当于地球上的经度圈)，以时角S}表示。所谓时角，是指太阳所在的时圈与通过南点的时圈间构成的夹角，单位为度。通常在赤道上度量，自天球北极看，顺时针方向为正，反时针芳香围负。时角表示太阳的方位，每小时转150。
2 建筑日照计算方法及研究仪器
2.1 建筑日照计算方法
在以往的日照计算中，最常用的方法就是棒影日照图法。棒影日照图是以棒和影的基本关系，来描述太阳运行规律的，也就是以棒在阳光下产生的棒影端点移动的轨迹，来代替太阳运行的轨迹。利用棒影日照图，我们可以求出建筑物的室外阴影区和室内日照区，可以确定日照时间和遮阳尺寸，还可以确定建筑间距与建筑朝向。这种方法相对其他计算方法较为简单，也比较直观。日照计算还有其他的方法，例如:正投影日照图、等距投影日照图、垂直太阳轨迹图等。正投影日照图，是将天空中太阳高度角、方位角及时角的坐标网投影在地平面上，再将太阳一天运行轨迹也投影在地平面上，综合绘制成的日照图表。这种图标符合日常所见的太阳运行变化规律，直观性强，易于理解，很实用。
等距投影日照图，与正投影日照图绘制方法类似，只是它的高度圈不是按正投影法求得，而是将高度圈的间距按等距绘制，其余的编制原理及应用方法，均与正投影日照图相同。
垂直太阳轨迹图，与前几种方法截然不同，它将高度角和方位角分别均分，编制成直角坐标网，将某一地点一年中主要节气(如每月22日)太阳在天空中的位置标于图上，并标出世间，连成平滑曲线，即得到垂直太阳轨迹图，其应用方法与正投影日照图类似。
除了以上的手工绘图方法之外，对于日照分析，现在更多的是使用计算机软件进行日照模拟计算，国内常见的日照计算分析软件有《天正日照分析软件》和《清华日照环境分析软件》。国外的日照计算分析软件有UK . SHI}O WPACK，它是利用本身的C AD类型的程序来产生建筑布局，然后可根据建筑布局来估算被建筑表面吸收的太阳直射辐射能量;TOWNSCOPE,它可产生三维布局，并计算指定日期或指定月被建筑表面吸收的太阳直射辐射能量，也可以计算全年被建筑表面吸收的太阳直射辐射能量;GOSOL，允许输入建筑布局和进行分析，可以计算建筑某个特殊表面上的能量平衡，也可以在日照图标中生成遮挡轮廓线，直观地显示在建筑布局中某一点在一年中某一天可得到日照的时段。
2.2 日照研究中的一些研究仪器
日照研究中除了图表法外，还可以用模型实验来帮助分析与验证，这样就学要用到一些研究仪器和工具。常用的研究仪器有太阳仪、日暑，工具不仅简单实用，而且模拟效果直观，易于理解。国外还有用大型的太阳仿真仪来进行实验，不过造价较高。在国内，天津大学开发的日照现场检测系统在研究建成小区中某一点日照状况方面准确性较高。
3 照质量评价方法
研究日照计算的目的就是要在节约土地的前提下优化日照环境，以寻求最佳的建筑间距与建筑朝向。为了能合理地评价日照环境质量，需要寻求一些客观的参量作为评价指标，而现在国内关于评价日照环境质量的评价参数的研究并不多，曾有人用日照面积作为评价标准，而这种参数太单一，日照环境质量的评价需要多方面的评价。日照面积、日照时数、太阳直射辐射所得能量、日照时积等
几个日照参数来共同评价日照质量，这样所得到的结果应该是比较全面的。
日照时积，是对日照时数和日照面积的综合考虑。因为室内日照面积是随着时间不断变化的，并且随着入射角度与建筑立面外法线夹角的变化，在同一日照时间段内，在室内所形成的日照面积是大相径庭的。所以，单凭日照时数或日照面积，只能说明房间中日照时间的长短和受到太阳直射面积的多少，但这并不能说明日照效果的好坏。考虑到太阳光对于人的作用主要是提供热量，这是一个同时与时间和面积都有关系的参量，因此，在考虑到日照质量评价参数时，加入了日照时积这个参数。日照时积，是指室内有日照的时间内，室内日照面积相对于时间的积分。计算中时间可以用分钟作为单位，从日照时刻起。间隔1分钟，每一时刻的日照面积乘以1分钟之后求和，单位为平方米·分，也可以转换为平方米·小时。日照时积包括地面日照时积和墙面日照时积，一般可以只用地面日照时积作为评价参数。
室内太阳直射得能量，这主要从能量获得的角度来研究日照质量，其指的是太阳直射辐射照射在窗玻璃上，透过窗玻璃(单层或双层)后透进室内的能量。能量的获得在很大程度上影响着室内的温湿度和人体的热舒适度。
日照时数，这是现有标准的日照质量评价参数。日照面积，也曾被作为日照评价参数之一，然而单一的参数评价是片面的。作为一个常识，人们都知道早上8点的太阳和中午12的太阳是绝对不同的，它们对于室内日照环境产生的影响也是不同的。早上8点时，由于高度角低，此时在室内形成的日照面积会比中午12点时所形成的日照面积要大许多，然而早上8点的太阳所带给室内的辐射能量却比中午12点的少许多。这两种时间产生的日照面积是没有可比性的，这就需要用到日照时积这个评价参数。
在进行日照研究时，一般只会考虑到万里无云的晴天，而对于实际天气气象则是忽略的，这是因为，实际的天气气象有着太多的不确定因素，无法也不可能考虑到精确的日照计算中，因此，一般计算出来的日照时数、日照面积、室内太阳直射得能量以及日照时积这些参数都会比实际的情况要大。
