正午太阳高度及其应用计算

实验目的

掌握正午太阳高度的计算与变化规律，并能应用于楼间距、集热板倾角问题。

实验原理

正午太阳高度 H = 90° − |φ − δ|，其中φ为当地纬度，δ为直射点纬度；两者在同一半球时相减，在不同半球时相加。楼间距按当地一年中正午太阳高度最小的日期设计，使楼间距不小于前楼遮光高度÷tanH。热水器集热板与地面夹角 = 90° − H，可使阳光垂直照射集热板。

实验器材

• 太阳光线与地平面
• 直射点纬度
• 当地纬度
• 正午太阳高度角
• 前后楼房模型
• 太阳能热水器集热板

实验步骤

1. 观察直射点位置，读取当地纬度与直射点纬度
2. 用公式H=90°−|φ−δ|计算当地正午太阳高度
3. 比较二分二至日同一地点的正午太阳高度变化
4. 楼间距问题：取冬至日（北回归线以北）的正午太阳高度，计算影长
5. 热水器问题：用90°−H求集热板与地面的夹角

实验现象与结论

同一时刻，正午太阳高度由直射点所在纬度向南北两侧递减。北回归线以北地区，夏至日正午太阳高度最大，冬至日最小。冬至日太阳高度小，楼影长，所需楼间距大；集热板倾角应随季节调整，冬季调大，夏季调小。

注意事项

• 计算前先判断当地纬度与直射点是否在同一半球
• 楼间距计算要考虑后楼底层窗台的高度

常见问题

正午太阳高度的公式是什么？

H=90°−|φ−δ|，φ为当地纬度，δ为直射点纬度，同半球相减、异半球相加。

太阳能热水器集热板倾角怎么算？

集热板与地面夹角=90°−正午太阳高度，使阳光垂直照射集热板，冬季倾角应调大。