第三章 熱物理與熱舒適性相關理論
第三節 太陽日照、輻射相關理論
太陽日照、輻射與地球和太陽之間的相對運動有關，而當輻射量通過大氣層 到達建築物表面時，根據輻射的入射角、建築物所建之方位傾斜角度與建築物附 近之地理環境都有相關。
壹、 太陽日照
地球處於太陽系裡，並且是以太陽為中心繞著太陽公轉，因此而造成地球上 的四季變化，而地球中心在公轉時所作的軌跡稱為黃道平面，太陽亦在黃道平面 上，如圖 3-5。而在公轉同時，地球亦會由西向東自轉造成日夜的變化，地球自轉 是繞著通過它本身南極與北極的一根假想軸，稱為地軸，地軸與黃道面約有 66 33 之夾角，如圖 3-6。
隨著一年內地球公轉與自轉，太陽位置相對於地球時時刻刻都在改變。太陽 位置通常以太陽高度與太陽方位角來表示，其中太陽高度角（h）與太陽方向角（A）
依照球面三角形的數學原理，可得其公式如下：（卜毅，1994）
sinhsin sin cos cos cos t （3.16）
cos sin sin cos
A t
h
（3.17）
其中 為赤緯，為緯度，t 為時角；各項因子解釋如下：
一、太陽高度角（h）
太陽高度角為太陽位置與量測點連成之直線與水平面的夾角，可表示太陽所 在的高度，亦可採用天頂距（zenith angle）Z 表示，而天頂距是太陽位置與量測點 連成之直線與天頂的夾角，太陽高度角與天頂距的範圍都是 0°至 90°，如圖 3-7。
二、太陽方位角（A）
此公式所計算出來之太陽方位角是自觀察者所在之地和太陽位置連成的線投 影至水平面上與正南方所夾之角，故太陽在正南方時為 0°，而向東為負，向西為 正，其值介於180° ~ 180°間，示意如圖 3-8。
三、緯度（）
緯度是指觀測點與地球球心的連線和地球赤道面所形成的線面角，其值為 0°
到 90°，赤道面以北稱北緯，記為 N，赤道以南稱南緯，記為 S。臺灣部分城市參 考緯度如表 3-1。
四、時角（t）
地球自轉一圈為 360°，需耗時 24 小時，因此可知每小時轉 15°。已知太陽在 正午 12 時處於正南方，時角即為 0°；以此為基準，午前為負值，午後為正值，因 此時角的計算方法如下：
( 12) 15
t T （3.18）
其中 t 為時角，T 為時間（以 24 小時制計算）。
五、赤緯（ ）
太陽光線垂直照射於地球上的地點，與地球赤道所夾的圓心角稱為赤緯。地 球繞太陽公轉運行軌道的平面，即黃道面，與地球的地軸有 66 33 之夾角，地球在 軌道上運行時，由於傾斜角度不變，而地球在運行軌道上的位置不同，會造成太 陽光線投射到地球上的情況也不同，因此會產生每日太陽的高度不同及一年的四
N ︰積日，即為日期在一年 365 天內的第幾天角積日
0 79.6764 0.2422 ( 1985) Int[( 1985 4
N 年份 年份 )/ ]
表 3-2 為 2008 年臺灣 24 節氣之赤緯。圖 3-10 為利用此公式所計算出來 2008 年的赤緯與向中央氣象局取得之觀測的赤緯比較。
貳、 太陽輻射能
太陽是一個巨大的球狀熾熱氣團。太陽表面輻射溫度約為 5770 K，根據推算，
太陽中心的溫度高達 15500000 K，相當於太陽表面溫度的 2700 倍，它不斷向宇宙 空間輻射能量，稱為太陽輻射能。理論上而言，輻射至地球的熱量是來自於太陽 及其他星體的輻射能與地球本身自熱的總和，但是由於其他星體離地球甚遠，以 致地球接受到的熱量極小，而地球的地熱供給大氣的熱量也很少，均可略而為不 計。因此可認為太陽輻射能是地球大氣層的唯一熱源（卜毅，1994）。
太陽輻射從太陽釋出起，約 8 分 20 秒到達地球大氣層外，在通過大氣層時，
一部分被雲反射回到宇宙空間，其餘部分，一些受到天空中各種氣體分子的散射，
而一些被它們吸收。由於反射、散射與吸收的同時影響，使到達地面的太陽輻射 強度大為減少，如圖 3-11（陳啟中，2000）。地表接收之太陽輻射受下列因素影響：
一、天文因素
1. 地球與太陽相對位置。
2. 太陽赤緯。
3. 時角。
二、地理因素
1. 緯度及經度。
2. 海拔高度。
三、幾何因素
1. 受輻射面之周遭地形遮蔽效應。
2. 受輻射面之傾斜角度。
3. 受輻射面之方位。
四、物理因素
1. 大氣之衰減（吸收、反射、散射等）。 2. 受輻射面之表面性質。
太陽輻射傳至地表可分為如下 3 種方式，其示意如圖 3-12。
一、直達輻射（direct solar radiation）
指太陽輻射直射至地表的輻射。
二、漫射輻射（diffuse radiation）
經由大氣吸收、散射、或經地面反射等已被改變方向的輻射，其中包含 了太陽輻射經大氣吸收、散射後，間接到達的天空輻射及由地面物體吸 收後，再發散的地表輻射。
三、反射輻射（reflected radiation）
到達地表的輻射，被地表覆蓋物影響而產生的反射現象。
Bouguer 公式（3.20）與 Berlage 公式（3.21），可以計算出直達輻射量與漫射 輻射量，而各種方位之面上的總輻射量即可利用此兩種輻射投影至面的法向量來 計算，其公式如下：