日照與太陽輻射分析.ppt

,可持續(xù)性設(shè)計(jì) Autodesk Ecotect Analysis 培訓(xùn)教程,Hongxian Qin China Education Programs,日照分析,針對設(shè)計(jì)階段的要求，Ecotect Analysis提供了強(qiáng)大的日照分析功能，包含了日照陰影分析、太陽軌跡圖分析以及基于此的遮擋分析與遮陽的優(yōu)化設(shè)計(jì)等多方面的內(nèi)容。其中： 可視化的日照陰影分析：在Ecotect Analysis中，主要是以各種直觀的三維模型效果圖來顯示模型中的在遮擋與投影狀況，其特點(diǎn)是交互性高、直觀并且易于理解。用戶可以隨時(shí)調(diào)整模型并得到實(shí)時(shí)結(jié)果反饋，通常來說此類分析一般不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。 太陽軌跡圖及遮擋分析：Ecotect Analysis提供了太陽軌跡圖來分析建筑的遮擋情況分析功能，太陽軌跡圖可以精確地分析全年的日照和遮擋時(shí)間，此功能以圖表顯示為主，但是在使用中需要理解太陽軌跡圖的含義。 遮陽及遮擋優(yōu)化設(shè)計(jì)：此功能是Ecotect Analysis極具特色的輔助設(shè)計(jì)功能，主要用于對遮陽系統(tǒng)和可能產(chǎn)生的遮擋情況進(jìn)行分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。,目錄,日照間距與日照時(shí)間的計(jì)算 陽光反射板的設(shè)計(jì) 遮陽構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì) 建筑遮擋和投影分析,1.1相關(guān)概念與基礎(chǔ)知識(shí),日照標(biāo)準(zhǔn) 所謂日照標(biāo)準(zhǔn)，就是在規(guī)定的日照標(biāo)準(zhǔn)日（冬至日和大寒日）的有效日照時(shí)間范圍內(nèi)，建筑外窗獲得的最低日照時(shí)間。日照標(biāo)準(zhǔn)主要包括日照時(shí)數(shù)和日照質(zhì)量兩個(gè)指標(biāo)。日照時(shí)數(shù)時(shí)表示太陽照射的時(shí)數(shù)。日照質(zhì)量是指每小時(shí)室內(nèi)地面和墻面陽光照射面積累計(jì)的大小以及陽光中紫外線的效用高低。 我國住宅建筑規(guī)范GB 50368-2005和城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50180-93（2002年版）根據(jù)不同氣候區(qū)對住宅日照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定，即每套住宅至少應(yīng)有一個(gè)居住空間滿足表4-1的日照要求。,1.2日照間距的計(jì)算,在居住小區(qū)中，往往由于建筑布局不當(dāng)，四周的建筑互相遮擋，使得某些雖然朝向選擇較好的建筑并不能獲得良好的日照條件。因此，在建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中，必須在建筑之間留出一定的距離，以保證日光不受遮擋能直接照射到室內(nèi)。這個(gè)距離就稱為建筑的日照間距。 日照間距的大小主要是根據(jù)現(xiàn)行小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)、住宅設(shè)計(jì)及其他建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中對日照標(biāo)準(zhǔn)要求來確定。它受當(dāng)?shù)氐乩砭暥?、建筑朝向、建筑的高度和長度及用地地形等因素的影響。在平坦場地上，任意朝向的條式建筑日照間距計(jì)算公式為： D=(H-H1)cothscos=H0cothscos（3-2） 式中D兩建筑物間平地日照間距（m）； H前排建筑高度（m）； H1后排建筑底層窗臺(tái)高度（m）； H0前排建筑檐口至后排建筑底層窗臺(tái)高度間高度差（m）； hs太陽高度角（deg）； 建筑墻面法線與太陽方位的夾角（deg）； 其中，太陽高度角hs和是根據(jù)相應(yīng)的日照標(biāo)準(zhǔn)及建筑朝向所確定。,1.2日照間距的計(jì)算,1.3太陽時(shí)、地方時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí),一天時(shí)間的測定，是以地球自轉(zhuǎn)為依據(jù)給出的一種尺度。日照設(shè)計(jì)中所用的時(shí)間，均以地方平均太陽時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)。它與日常鐘表所指的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間往往有一差值，故需換算。 太陽時(shí)是指以太陽為標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算的時(shí)間，可以分為真太陽時(shí)（apparent/real solar time）和平均太陽時(shí)（mean solar time）。以真太陽日為標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算的叫真太陽時(shí)，日晷所表示的時(shí)間就是真太陽時(shí)；以平均太陽日為標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算的叫平均太陽時(shí)，鐘表所表示的時(shí)間就是平均太陽時(shí)。 所謂地方平均太陽時(shí)，是以太陽通過該地的子午線（經(jīng)線）時(shí)為正午12時(shí)來計(jì)算一天的時(shí)間。這樣經(jīng)度不同的地方，正午時(shí)間均不同，使用起來不方便。因此規(guī)定在一定經(jīng)度范圍統(tǒng)一使用一種標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。所謂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，是各國按所處地理位置的范圍，劃定所有地區(qū)的時(shí)間以某一中心子午線的時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，在該范圍內(nèi)同一時(shí)刻的終點(diǎn)均相同。,1.3太陽時(shí)、地方時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí),我國從東五時(shí)區(qū)到東九時(shí)區(qū)，五個(gè)時(shí)區(qū)。為計(jì)算方便，我國統(tǒng)一采用東八時(shí)區(qū)的時(shí)間，即以東經(jīng)120。的平均太陽時(shí)為中國的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，稱為“北京時(shí)間”。北京時(shí)間與世界時(shí)相差8小時(shí)，即以北京時(shí)間等于世界時(shí)加上8小時(shí)。 地方太陽時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間的轉(zhuǎn)換可按下式計(jì)Lm算： ToTm+4(LO-Lm) （3-1） 式中 To標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，min； Tm地方平均太陽時(shí)，min； LO標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間子午圈所處的經(jīng)度（deg）； Lm地方時(shí)間子午圈所處的經(jīng)度（deg）。,1.4本例的基本情況和要求,分析的目的： 我們知道了日照間距的計(jì)算公式，對于這個(gè)復(fù)雜的公式，即使是計(jì)算正南正北的建筑日照間距也是費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而面對比較復(fù)雜的建筑形式與布局，只能進(jìn)行簡化處理，根本無從談及日照分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)的問題。 而通過Ecotect Analysis的日照陰影分析就可以非常簡便的確定日照間距，即可以滿足日照標(biāo)準(zhǔn)，又達(dá)到了節(jié)地的目的。,1.4本例的基本情況和要求,本例是計(jì)算住宅的日照間距。該建筑位于西安市，朝向?yàn)槟掀?0，建筑形體為矩形，長寬分別為36m、12m，建筑高度為18.5m，底層窗臺(tái)距室外地面1.35m。要求前后兩棟住宅的日照時(shí)間滿足大寒日（1月21日）滿窗日照2小時(shí)，以此計(jì)算出前后兩棟建筑的最小樓間距。之后，使用Ecotect Analysis的日照時(shí)間模擬計(jì)算功能驗(yàn)證北邊建筑的日照時(shí)間。,1.5模擬計(jì)算日照時(shí)間,打開文件“日照間距.eco”。 選中北向的建筑的南墻。 點(diǎn)擊Modify(修改)菜單Surface Subdivision(表面細(xì)化)Rectangular Tiles(矩形面片)命令。 如圖設(shè)置彈出的Surface Subdivision(表面細(xì)化)對話框。 點(diǎn)擊OK后，選中的南墻被細(xì)化。,1.5模擬計(jì)算日照時(shí)間,點(diǎn)擊Calculate(計(jì)算)菜單Solar Access Analysis(時(shí)均太陽輻射和日照分析)命令。 在彈出的對話框中選擇Shading Overshadowing and Sunlight Hours(投影、遮擋和日照時(shí)間)，如圖點(diǎn)擊Skip Wizard(忽略向?qū)?按鈕。 如圖設(shè)置彈出的對話框。,1.5模擬計(jì)算日照時(shí)間,【注意】對話框中Period(時(shí)間段)中可以選擇全年或者自定義的時(shí)間，我們選擇Current Day(當(dāng)前日期)指的是區(qū)域/指針工具欄中所設(shè)定的日期；時(shí)間范圍8:0016:00是根據(jù)表3-1中所規(guī)定的有效日照時(shí)間帶來設(shè)置的；Calculate Over(目標(biāo)物體)下拉菜單中可以選擇Model Objects(模型物體)與(分析網(wǎng)格)，我們所模擬的是模型所以選擇Model Objects，當(dāng)然日照時(shí)間也可以利用分析網(wǎng)格來模擬分析；如果不鉤選Selected Object Only(僅選定的物體)，軟件就會(huì)計(jì)算全部顯示物體的日照時(shí)間。,1.5模擬計(jì)算日照時(shí)間,計(jì)算結(jié)果如圖所示。,1.5模擬計(jì)算日照時(shí)間,點(diǎn)擊Display(顯示)菜單Object Attribute Values(物體屬性值)下拉菜單，如圖，讀者可以嘗試以下命令： 在這個(gè)下拉菜單中我們可以讓計(jì)算結(jié)果以 Atrrib.1: Total Sunlight Hours(屬性1:日照總時(shí)間) Atrrib.2: Percentage Exposed(屬性2:日照百分比) Atrrib.3:Percentage Shaded(屬性3:遮擋百分比)等方式顯示在細(xì)化的物體表面上； 可以讓物體表面顯示Text Values(數(shù)值)、Object Number(物體編號)、Vectors(向量)、Colours(顏色)等內(nèi)容。 可以在Customise Scale(自定義顏色比例)對話框中選擇顏色顯示的方式、設(shè)定比例尺； 可以在Properties(屬性)對話框中導(dǎo)出數(shù)據(jù)、生成數(shù)據(jù)報(bào)表以及清除已經(jīng)計(jì)算的數(shù)據(jù)等。,1.5模擬計(jì)算日照時(shí)間,【注意】如果再次用已經(jīng)存在分析數(shù)據(jù)的物體做分析時(shí)，一定要選擇Properties(屬性)對話框中的Reset Zero(重置到零)的命令清除已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)，否則前一次的計(jì)算結(jié)果可能影響下一次的結(jié)果。 點(diǎn)擊鍵盤F7，進(jìn)入到前視圖，如圖。我們可以從前視圖中更加清晰地觀察計(jì)算結(jié)果，從結(jié)果來看，我們使用Ecotect Analysis計(jì)算出的日照間距完全滿足了日照時(shí)間的要求。,建筑遮擋和投影分析,2.1建模,在本例中，直接利用Revit Architecture的模型進(jìn)行分析。左圖是使用Revit Architecture體量功能設(shè)計(jì)的一個(gè)地塊的建筑群。我們直接在Revit Architecture導(dǎo)出DXF文件，然后將其導(dǎo)入Ecotect Analysis中，如右圖。,2.2修改表面法線,在Ecotect Analysis中表面法線(Surface Normals)是區(qū)分一個(gè)面內(nèi)外的標(biāo)志，一般情況下模型的表面法線都要朝外，這是正確計(jì)算日照、遮擋、熱環(huán)境以及光環(huán)境等內(nèi)容的前提。由于本例的模型是通過DXF格式導(dǎo)入的，所以在分析之前必須查看模型的表面法線方向，發(fā)現(xiàn)方向顛倒的必須修改。如果進(jìn)行模擬分析后發(fā)現(xiàn)分析結(jié)果不正確或者沒有計(jì)算結(jié)果顯示，首先就應(yīng)該查看模型的表面法線方向是否正確。 查看與修改模型表面法線的方法如下： 點(diǎn)擊鍵盤Ctrl+F9或者Display(顯示)菜單Surface Normals(表面法線)命令。,2.2修改表面法線,點(diǎn)擊Modify(修改)菜單Surface Subdivision(表面調(diào)整功能)Unify Normals of Coincident Surfaces(統(tǒng)一共面的法線方向)命令。 可以發(fā)現(xiàn)大部分面的表面法線被調(diào)整了方向，但圖4-60中還有少數(shù)面的法線方向錯(cuò)誤，例如中間超高層建筑（圖中最大的體塊）的立面，我們還需要單獨(dú)調(diào)整其法線：,2.2修改表面法線,點(diǎn)擊繪圖區(qū)域的空白處，退出全選的狀態(tài)。 選中超高層建筑的四個(gè)立面，點(diǎn)擊鍵盤Ctrl+R，反轉(zhuǎn)這四個(gè)面的表面法線方向。,2.2修改表面法線,點(diǎn)擊鍵盤F9，恢復(fù)到模型顯示狀態(tài)。,2.3模擬計(jì)算,（1）在視圖中顯示太陽軌跡 載入北京的氣象數(shù)據(jù)。 點(diǎn)擊屏幕最左端的VISUALISE(可視化頁面)按鈕，進(jìn)入可視化視圖。 進(jìn)入Shadow Setting(陰影設(shè)置)面板，鉤選Daily Sun Path(全天太陽軌跡)，視圖中顯示出了全天的太陽軌跡。我們可以拖拽太陽軌跡上的黃色太陽圖標(biāo)來調(diào)整時(shí)間，以觀察一天中不同時(shí)刻的陰影變化。 如果按住鍵盤Shift鍵則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“8”字曲線，拖拽太陽圖標(biāo)在此軌道上移動(dòng)，可以觀察到一年中相同時(shí)刻的陰影變化。,2.3模擬計(jì)算,為了更清晰地觀察全年的太陽軌跡，還可以鉤選Annual Sun Path(全年太陽軌跡) 。,2.3模擬計(jì)算,（2）單獨(dú)觀察超高層建筑的陰影 為了觀察超高層建筑的陰影變化，進(jìn)入三維編輯視圖，選中整個(gè)超高層建筑，在Shadow Setting(陰影設(shè)置)面板中鉤選Selected Objects Only(僅選定物體)，可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)僅顯示了這個(gè)超高層建筑的陰影，回到可視化視圖。,2.3模擬計(jì)算,除了以上的方式來單獨(dú)研究超高層的陰影外，我們還可以： 進(jìn)入Zone Management(區(qū)域管理)面板，新建區(qū)域，命名為“skyscraper”，將選中的超高層建筑移動(dòng)到改區(qū)域中。 進(jìn)入Visualisation Settings(可視化設(shè)置)面板，鉤選選中SURFACE DISPLAY(表面顯示)欄中的Zone Colour(區(qū)域顏色)選項(xiàng)?？梢园l(fā)現(xiàn)在按照區(qū)域顏色顯示后，超高建筑與其它建筑的顏色有了區(qū)別。,2.3模擬計(jì)算,進(jìn)入三維編輯視圖。 在Shadow Setting(陰影設(shè)置)面板中取消鉤選Selected Objects Only(僅選定物體)。 點(diǎn)擊主工具欄中的區(qū)域設(shè)置按鈕 ，彈出的對話框如圖。 點(diǎn)擊對話框中的Shadow Color(陰影顏色)按鈕，選中紅色，點(diǎn)擊OK完成設(shè)置。,2.3模擬計(jì)算,在區(qū)域/指針工具欄中設(shè)置時(shí)間和日期 。 三維編輯視圖變?yōu)樽髨D所示。我們可以很明顯看到超高層的陰影情況。 在Shadow Setting(陰影設(shè)置)面板中鉤選Reverse Sort Shadows(反轉(zhuǎn)陰影顯示)，結(jié)果如右圖。可以發(fā)現(xiàn)圖中所剩余的紅色陰影就