1、序号2011 年温州市高中数学小课题评比学 校： 苍南县马站高级中学成员姓名： 黄恒 温荣荣 陈誉 小课题题目： 日照系数的估算与分析指导教师： 林 巧 1温州市高中学生数学小课题研究方案县（市、区） 温州市苍南县 学校名称 马站高级中学 课题名称 日照系数的估算与分析姓名 性别 班级 分工温荣荣 男 查阅资料、撰写问卷陈誉 男 数据统计、深入研究成员黄恒 男高二（3）班攥写报告指导师 林巧 电话 13958772515 邮箱 L一、 小课题的研究背景由于学校宿舍改建，所有需要住宿的同学都在学校周边找楼房居住，大家除了关心经济问题，也都在讨论怎么找一间舒适的楼层，不用担心校服洗了干不了等问题。
2、大人往往根据已有经验得出大致判断，那么我们作为学生，虽然没有实际经验，但是我们所学的科学文化知识应该有用武之地，于是我们课题小组决定利用一学期的时间，调查影响楼房舒适程度的因素之一日照时间的调查与分析，为广大同学及群众提供科学计算的便捷方法。二、 课题研究内容1. 通过问卷调查，了解学生对租住楼房的日照满意度。2. 利用小寒日测量日照时间，估计楼房的日照时间是否达标。3. 利用科学知识进行数学建模，计算日照时间。4. 通过计算机辅助，制作日照时间的计算器。三、 小课题的特色和创新1、课题来源于学生的实际需求，又指导学生的实际生活，培养学生科学探究的主人翁精神，在课题研究中得到学习的乐趣，用科学
3、的眼光解析日常生活。2.在调查问卷的基础上加入小寒日日照时间的测验，以及制作计算器，采用2多种研究方法相结合。四、 小课题研究的步骤和进程1. 实地考察，了解现状，发现情况，提出问题。2. 设计问卷，并选取部分租住学生发放问卷予以调查。3. 对问卷调查结果进行分析，提炼主要的影响因素。4. 查阅、搜索资料，利用所学知识进行讨论5. 设计光照时间计算器6. 攥写报告，实现知识与实践的结合五、 小课题预期效果展望1.通过实地调查，分析居民区楼房光照时间的影响因素。2.让学生利用科学知识解决楼房光照时间的计算问题，为更多同学们提供方便估算的方法。3.呼吁政府部分规范建设，合理规划，禁止违章建筑，保证
4、老百姓的居住舒适。六、 指导师的话当学生给我这个课题时，我感觉到这些学生通过两个学期的小课题研究已经有了发现问题的能力，学生从实际中提取信息，找出继续研究的空间，我们一起商讨如何定下课题的名称，刚开始我们初定为“关于影响楼房舒适程度的因素调查与分析” ，经过讨论，大家觉得题目太大，要考虑的因素的太多，研究的时间和精力不够，最后确定为其中一个因素，符合实践探索类的要求，值得实践与探索。3八、学校推荐意见 负责人 单位（盖章）年 月 日日照系数的估算与分析【摘要】为了能使室内有良好的卫生条件，住宅建筑需要适宜的日照时间，起到消灭细菌和干燥房间的作用，以及在冬季能使房间获得太阳辐射热而提高室温，同时
5、， 过量的日照，特别是南方炎热地区的夏季，易造成室内过热，对人体不利。因此合理地确定住宅建筑间距，保证适量的日照时间， 测算日照系数，涉及到居民的切身利益 ，具有一定的现实意义。【关键字】 日照时间 日照系数 建筑间距一、研究背景这是一张网络上的图片，当我们第一次见到它时，觉得挺好笑而已，但细细思量，觉得它发人深省；就整个温州来看，房地产市场居高不下，大厦拔地而起，高层建筑对周边原有建筑会不会造成影响？就苍南来看，民房改建成套房是很正常的事，原本是三四层的民房改成五六层的低层套房会不会给原有的楼房造成遮挡影响呢？就马站来看，政府鼓励农民下山，那么多的“安置房”是否规划周全了？近年来，由于建筑物
6、“挡光”而发生纠纷的事情已不在少数，我们也有听到这样的抱怨-“我家本来阳4光很充足，但自从对面紧挨着盖起新楼层后，我家的光线就不行了。 ” 于是我们课题小组决定研究关于影响楼房舒适程度的因素之一日照时间的调查，考虑合理的日照间距，估算出马站片区的日照间距系数。二、研究意义随着社会的进步，人们对现代城市的发展环境提出了新的要求，一面是地少人多的城市建设，一面是急待改善的生活环境质量，两者引发的社会冲突必然会反映在城市生活的许多方面，而日照遮挡就是这些矛盾中最突出的表现之一。因此，日照时间的调查以及对日照系数的估算分析是顺应时代发展、社会进步的形势。三、研究目的1.通过实地调查，分析居民区楼房日照
7、时间的情况。2.利用科学知识解决楼房日照时间的计算问题，提供方便估算的方法。3.呼吁政府部分规范建设，合理规划，禁止违章建筑，保证老百姓的居住舒适。四、研究方法实地调查法、问卷调查法、综合分析法五、研究过程（一）活动小分队 1（号称精英队） ； 人员- 陈誉 胡亦坤 王微微 任务- 查阅资料、专业解读1、日照时间的概述我国有重视日照环境的传统历史，早在周代就创造了“土圭之法”，就是将玉制的一尺五寸的短棒立起来，然后丈量它在不同方位影子的长度，用以定朝向选址定城。所谓“以土圭之法测土深，正日影以求地中。”又说地中是“天地之所合也，四时之所交也，风雨之所会也，阴阳之所和也，然则百物阜安，乃建王国焉
8、。”历代相沿，我国在城市规划和房屋建设中十分重视朝向和日照。例如营造算例中规定，“每柱高一丈，得沿出平三尺，如柱高一丈一丈以外，得沿出平三尺三寸。”这样出沿的比例恰好吻合冬季与夏季太阳高度角的变化使朝南房屋东暖夏凉。用现代的话来说就是利用棒影图分析日照的方法。日照在生活居住建筑中表现出以下三大作用:杀菌、提高室内温度、刺激大脑头皮，让人愉悦。因此，必须争取适当的建筑日照。2、书中“取经 ”人教 A 版必修 4 第 61 页，提供了如下的例题：如图，设地球表面某地正午太阳高度角为 ， 为此时太阳直射纬度，为该地的纬度值，那么这三个量之间的关系是。当地夏半年 取正值，冬半年 取负值。如09果在北京
9、地区（纬度数约为北纬 ）的一幢高为 的楼房北00h5面盖一新楼，要使新楼一层正午的太阳全年不被前面的楼房遮挡，两楼的距离不应小于多少？分析：根据右图，太阳高度角 、楼高 与此时楼房在地面的投影长 之间有如下关系：0hh0tanh根据地理知识，在北京地区，太阳直射北回归线时物体的影子最短，直射南回归线时，物体的影子最长。因此，为了使新楼一层正午的太阳全年不被遮挡，应当考虑太阳直射南回归线时的情况。 00094(236)4.tanthh3、相关链接（）什么是日照间距？在住宅群体组合中，为保证每户都能获得规定的日照时间和日照质量而要求住宅长轴之间保持一定的距离，即为日照间距。通俗地说就是指前后两排南
10、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。 （）建筑日照计算高度分类（1）地形平坦，前后两栋建筑高度差为 0，如图（1），则 ，其中 01hH前幢房屋檐口至地面高度； 后幢房屋窗台至地面高度。 1H（2）建筑位于向阳坡，如图（2 ） ，则 ，其中 前后两栋室外地012h2面高度；（3）建筑位于背阳坡，如图（3） ，则 021H（二）活动小分队 2（号称活力队）；人员-黄恒 林熠 付万航 任务-实地考察、了解现状1、马站不同布局的楼房考察6（1） （2 ）（3） （4 ）图（1）是农村比较古老的房子，一层石头堆砌的房间紧挨着旁边的楼房，日照时间比较少，
11、房间里面比较阴暗潮湿。大部分是留守孤寡老人居住。图（2）是两层的房子，二楼房顶只有水泥板隔离，日照时间多，但房间隔热效果很差，夏天居住在二楼会很闷热，必须作遮阳处理。图（3）是“ 下山安置房” ，两幢楼都是四层半，两幢楼过道间距目测只有 5 米，明显感觉到空间狭窄，一天当中 3 楼以下很难照到太阳。图（4）是正规的小区，六层，但楼房间距也达不到规范的要求，一般有经验的人购买3 到 4 层的楼层，保证适宜的日照时间，而顶层往往是复式，增大空间弥补光照太强的缺点。2、问卷调查、采集数据本次问卷调查共发放 270 张，回收 238 张，共设置 11 个问题。现在抽取个别问题进行分析如下：问题 2、你
12、有没有兴趣了解更多有关日照时间对楼房居住舒适程度的影响吗？有兴趣 没什么兴趣 （这一数据让我们研究小组更加有了信心继续探究。 ）问题 5、你的房间大致位置 2 楼 3 到 4 楼 5 楼及以上有 兴 趣 占60%没 什 么 兴 趣占 40% 有 兴 趣没 什 么 兴 趣7问题 6、你的房间的朝向 朝南（向阳、温暖） 朝北（背光、阴冷） 其他（这一数据说明同学们在选择房间的时候，都考虑到朝向）问题 8、你的房间是否冬暖夏凉？ 是 否 （从数据看，同学们对目前所租住的房间还不够满意）（三）活动小分队 3（号称卓越队）； 人员-温荣荣 洪芬芬 黄章滔 任务-学科渗透，深入钻研1、一天不同时刻太阳高度
13、角 的精确化sinsicos(1)其中： 为该地的纬度值（以马站为例是北纬 ）027为此时太阳直射纬度（通常以大寒日 或冬至日 ，本次 50236研究时间需要，选择小寒日 ）0235为太阳时角，以当地正午为 ，上午为负，每小时 ，下午为正，每小时 01， 在赤道面上每小时变化为 ， 所表示的是真太阳时，与时钟不同。由公01501式 得知， 或 ， 的值一样，所以下午 1 时和上午 11 时，下午 2()0150cos时和上午 10 时等等某地的太阳高度角相同。公式 的特别情况：当午时刻太阳时角为 ，即 时，00cossinsicsco()所以对于北半球而言， ；对于南半球而言，09()09()
14、统一记为 09否 , 占65%是 , 占35%是否其 他 占23%朝 北 占 26%朝 南 占 51%朝 南朝 北其 他三 到 四 楼 占 67%二 楼 占 5%五 楼 及 以 上 占 28% 2楼 3到 4楼 5楼 及 以 上82、太阳方位角 的计算（可以是算 或 ）sincos（1） 式中出现的 意义同上。sinsico(2)co ,（2）太阳光线入射角 表示太阳光线与墙面法线（或窗面法线） 的夹角，太阳光线 n入射角 计算公式 cosincsoincs(3)其中： 为墙面与水平面的夹角，后面例子选取墙面垂直于水平面时， 09为日墙方位角，即太阳光与墙面法线两者在水平面上投影间的夹角，即
15、=太阳 方位角 墙面方位角 ，东南朝向的墙面方位角 为 （正南为 ，偏东为负，偏0450西为正）后面选取的例子是南面朝向，所以 0,公式（3）进一步简化为 coscs(3)3、举例应用以马站（大约北纬 ）为例，两幢南向四层楼（约记为 ）按上面地形（1）027 02hm的情况，为保证日照时间来探讨日照间距和日照系数。（1） 、一天不同时刻太阳高度角、太阳方位角、太阳光线入射角的计算正午时刻太阳时角为 ，即 ，太阳高度角记为 ，太阳方位角记为 ，太阳0011光线入射角记为 1下午 1 时(上午 11 时),太阳时角为 ，即 ，太阳高度角记为 ，太阳方位角01502记为 ，太阳光线入射角记为22下午 2 时(上午 10 时),太阳时角为 ，即 ，太阳高度角记为 ，太阳方位角0303记为 ，太阳光线入射角记为3下午 3 时(上午 9 时),太阳时角为 ，即 ，太阳高度角记为 ，太阳方位角04504记为 ，太阳光线入射角记为4 利用 Excel 计算如下：9（2） 、日照间距以及日照系数的估算：根据日照标准确定的房屋间距与遮挡房屋檐高的比值。日照间距 日照系数 0costanhDcostanl
