这个计算器能做什么
这款工具用于估算位于你住宅南侧(在南半球则为北侧)的楼房会遮挡多少直射阳光。针对指定的日期和纬度,它会逐分钟追踪太阳划过天空的轨迹,找出太阳被楼房屋顶轮廓遮住的那段时间,进而算出你家窗户真正能接收到的剩余日照时长。由于天文计算原理是通用的,本工具适用于任意纬度和经度。
使用方法
先填入你所在的纬度(北纬为正)、经度和时区偏移,再填写一年中的第几天(1月1日为第1天)。测量从你家窗户到南侧楼房的水平距离,以及该楼房高出你测量基准点的净高度(如有需要,请减去窗台高度)。若想把南楼当作无限宽的墙体来计算,半宽保持为0即可;如果想考虑阳光从楼房两侧边缘绕过的情况,则填入东西向宽度的一半。经度、时区和时差方程会把真太阳时换算成你当地的钟表时间。
计算公式解析
太阳要越过屋顶所需达到的临界高度角为 \(\theta_C = \arctan\!\left(\frac{\text{高度}}{\text{距离}}\right)\)。太阳高度角的公式为 \(\sin(\alpha) = \sin(\phi)\sin(\delta) + \cos(\phi)\cos(\delta)\cos(H)\),其中 \(\delta\) 是用正弦近似法求得的太阳赤纬,\(H\) 是时角(以正午为基准,每小时15度)。当某一分钟内太阳已升起、位于楼房的方位角范围之内、且其高度角低于 \(\theta_C\) 时,这一分钟就计为被遮挡。把这些分钟累加起来便得到被遮挡的时长;用白昼总长减去被遮挡时长,即为剩余日照时长。
实例演算
纬度35度,第81天(赤纬为0),距离10米,高度8米,无限宽墙体。 $$\theta_C = \arctan(0.8) = 38.66^\circ$$ 太阳大约只在真太阳时09:19到14:41之间才能越过屋顶,因此被遮挡的时长约为6.63小时,在全天12小时中剩余日照约为5.37小时。
常见问题
为什么要用高出窗户的净高度? 只有楼房高出你视线的那部分才会把阴影投到窗户上,所以应当用屋顶高度减去窗台高度。
南半球该怎么算? 填入负的纬度即可;此时遮挡物的方位方向变为北侧(朝向赤道的一侧),相关公式依然成立。
钟表时间精确吗? 计算已纳入经度和时差方程的修正,可给出较为接近的一阶估算,但未考虑大气折射、地形起伏和夏令时调整。