探究利用棒影图原理探究影响住宅日照间距的因素
利用棒影图原理探究影响住宅日照间距的因素
张语凡 组员:李禹峤,李策`,徐琛博
【摘要】通过绘制棒影图探究住宅日照间距的影响因素,发现其中规律并找到最适宜居住及节约土地的方法,从而提高居住环境,节约资源。
【关键词】棒影图、住宅日照间距
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)与建筑物的相对位置。建筑日照分析是居住区规划设计中的一项重要工作内容,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,住宅建筑需要适宜的日照,主要目的是为了使室内有良好的卫生条件,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,因此合理的确定住宅建筑之间的距离及朝向高度是住宅建筑规划设计的一项重要工作,涉及到广大居民的切身利益 。
实验原理与方法:
控制变量法:实验二通过控制其他变量相同(如时间,棒高,角度等),保证维度变量单一,探究维度对日照间距的影响;实验三通过控制其他变量相同(如时间,棒高,维度等),保证角度变量单一,探究角度对日照间距的影响。
实验过程:
课题一:探究学习日照棒影图的绘制
1. 实验设计说明:
实验目的:通过棒影图的绘制,了解棒影图估测日照间距的原理及掌握日照棒影图的绘制方法。
自变量:方位角
因变量:棒影长
2. 实验材料:两张硫酸纸,一套尺子
3. 实验步骤:
(1)取两张硫酸纸,分别作为北京和广州大寒日日照棒影图绘图纸。
(2)分别在两张硫酸纸上取一点作为棒的位置点(尽量靠边取),然后以点为中心画出东西南北四个方向,根据表中北京广州大寒日每隔半小时的影长与影的方位角,在坐标纸中依次标出某时刻棒影对应的位置。
(3)最后将个标注位置的末端依次进行连线,从而得到相应的日照棒影图。
(4)将两张纸重叠比较两个地点棒影图的差异。
4. 实验结论:通过对比,可以得出,同一时刻,广州棒影长度比北京棒影长度短。因为,广州地处南方,地理纬度较低,太阳高度角比北京大,因此棒影短,阴影面积小。
课题二:探究不同地理纬度对住宅日照间距的影响
1. 实验设计说明
实验目的:探究不同地理纬度对住宅日照间距的影响
自变量:地理纬度
因变量:日照间距
2.实验材料:两张A3纸,一支手电筒,两个搭建好的住宅模型,一套尺子
3.实验步骤:
(1)选择相同经度不同纬度的两座城市,广州和大同来进行实验。
(2)取预备实验制作好的两座房屋模型。
(3)取一张A3纸,并在纸上标出正南方向,将房屋固定在纸上,用笔标记书房位置,两栋住宅楼均为南北朝向,前后并排布置无地形高差,选定某一距离,用纸尺测量两楼房间距,记录在表中。
(4)确定太阳位置及手电筒在三维空间内的位置。
a. 利用手电筒来模拟太阳,先用卷尺或直尺确定某一时刻下太阳的高度。
b. 在确定好高度的平面中移动手电筒照射两栋房,使前栋房屋在纸上产生的投影与正南方向的夹角满足此刻的太阳方位角(可用量角器测量)。
c. 在已确定太阳方位角后,需确定太阳高度角。此情景下,太阳高度角指房屋顶点与他自己的投影点连线与地面的夹角。同理,移动手电筒使其太阳高度角满足此刻的数值(可用量角器测量)。
(5)确定住宅间距和太阳位置条件下某住宅东户和西户获得的日照情况记录在表中。
(6)模拟大同大寒日在此住宅间距下太阳运行的情况,并将住宅获得日照情况记录在表中。
(7)改变两住宅间距,直到找到能满足住宅日照标准的最小住宅间距即楼房一层住户南面住户能够满足最少不低于三小时日照时长。(标记方式:为获得满窗日照不坐标系,未获得满窗日照用阴影标记)
(8)根据实验数据统计有效日照时间及东户西户同时满足满窗日照的准时间。
4. 实验结论:通过上述实验,我们可以看到,为满足大寒日不小于3小时的建筑日照,位于大同市的两栋住宅日照间距应不小于30.6米,位于广州市的两栋住宅日照间距应不小于21.6米得出结论:同一建筑物,纬度越低,所需日照间距越小 。
课题三:探究住宅朝向对住宅日照间距的影响
1. 实验设计说明:
实验目的:探究住宅朝向对住宅日照间距的影响。
自变量:住宅朝向
因变量:日照间距
2.实验材料:手电筒,两张A3纸,一套尺子,两栋搭建好的房屋
3..实验步骤:
(1)取A3纸,并标出正南方向,使用与课题二相同的住宅模型,将房屋固定在纸上,用笔标记位置,两栋住宅均为南偏东15度朝向前后并排布置,无地形高差,选定某一位置用直尺测量两楼间距记录在表中。
(2)在此间距下,参照课题二的模拟方法,获得房屋的日照情况,并记录在表中。
(3)改变两栋住宅楼楼房间距重复步骤二的过程,直至找到满足住宅日照的最小住宅间距。
(4)根据记录数据,统计有效日照时间,即东户西户同时满足满窗日照到总时间。
(5)将得到的数据与课题二中大同大寒日住宅正南朝向的数据对比,分析住宅朝向内筑最小住宅日照间距的影响。
4. 实验结论:通过上述实验,我们可以看到,大同市南偏东15度朝向的住宅比正南朝向的住宅所需的日照间距短(南偏东 15度最小28.8米,正南最小30.6米),但与正南朝向住宅相比,南偏东度的住宅在正午前后不易得到日照。
参考文献
期刊类:
[1] 黄农 ,姚金宝,瞿伟.确定住宅建筑日照间距的棒影图综合分析法[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2001,24(2).
[2]马咏真.棒影日照图在建筑设计中应用[J]. 福建建设科技,1998(1):32-33.
论文类:
[1]曹立辉.中国北方居住小区日照环境设计与研究[D].天津大学,2005.