科學(xué)日照指標(biāo)與有效日照時(shí)間帶

■ 錢(qián)本德 Qian Bende

1 問(wèn)題的提出

自從有關(guān)城市住宅科學(xué)日照指標(biāo)的論文發(fā)表以后，有位上海的朋友來(lái)電話問(wèn)我：“你所發(fā)表的論文中，都把每天的日照時(shí)間考慮為上午8點(diǎn)至下午4點(diǎn)。你可知曉我們上海市有規(guī)定：每天的有效日照時(shí)間為：上午9點(diǎn)到下午3點(diǎn)嗎？”

我當(dāng)然知道，《上海市城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定》中，有一個(gè)“不同朝向建筑有效日照時(shí)間”表。因?yàn)樗洼d在《中國(guó)建筑設(shè)計(jì)資料集》（第2版）第一冊(cè)[1]中，這本資料集是建筑設(shè)計(jì)人員常用的工具書(shū)，人手一冊(cè)，怎么可能不知道。

上海規(guī)定這個(gè)有效日照時(shí)間的根據(jù)是什么這個(gè)題目談?wù)勎业目捶ā?/p>

2 紫外線效應(yīng)與有效日照時(shí)間

在卜毅所著的堪稱我國(guó)近代日照經(jīng)典著作的《建筑日照設(shè)計(jì)》[2]一書(shū)內(nèi)有這樣一段話：“一般在郊區(qū)及農(nóng)村，大氣較為清潔，當(dāng)太陽(yáng)高度角大于10°時(shí)，即可考慮紫外線的效應(yīng)。城市由于大氣比較污濁，紫外線比郊區(qū)低25%以上，當(dāng)太陽(yáng)高度角在18°30'以上時(shí)，才可考慮紫外線的效應(yīng)”。

因?yàn)樵谏虾?，冬至日上?時(shí)和下午4 時(shí)的太陽(yáng)高度角只有10°44'，要等上午9時(shí)后和下午4 時(shí)前才達(dá)到20°25'?？梢?jiàn)，上海市城市規(guī)劃管理單位是根據(jù)了陽(yáng)光中的紫外線效應(yīng)來(lái)制定有效日照時(shí)間的。

然而，我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50180－93)中有這樣一句重要規(guī)定：“大城市在有效日照8～16時(shí)間帶內(nèi)，大寒日不小于2 h，冬至日不小于1 h。”

如果我國(guó)的城市都按照紫外線效應(yīng)來(lái)制定有效日照時(shí)間。那么，實(shí)際上我國(guó)沒(méi)有一個(gè)城市在此“有效日照8～16時(shí)間帶”內(nèi)。因?yàn)榇蠹抑溃禾?yáng)高度角是越往南、緯度越低越大?？墒羌词鼓现翉V州，冬至日上午8時(shí)和下午4 時(shí)太陽(yáng)高度角，也僅為15°28'。其實(shí)，連我國(guó)最南端的海南島三亞市，這時(shí)間的太陽(yáng)高度角都沒(méi)有達(dá)到18°30'。這樣看來(lái)，我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范中的“有效日照8～16時(shí)間帶”豈不是變成了一句空話了。

可是，如果我們深入考慮規(guī)范中接下來(lái)的話：“大寒日不小于2h，冬至日不小于1 h?！?，我們就可以知道：其實(shí)規(guī)范的規(guī)定并不是根據(jù)紫外線效應(yīng)來(lái)制定有效日照時(shí)間的。因?yàn)槎寥罩形绲奶?yáng)高度角肯定比大寒日的太陽(yáng)高度角要小，因此紫外線效應(yīng)也比大寒日為差。而冬至日卻只規(guī)定了“不小于1h日照”，大寒日反而規(guī)定了“不小于2h日照”，這豈不是太不合道理了。顯然，我們不能機(jī)械地看問(wèn)題，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際條件的允許狀況和對(duì)居民的心理影響等諸多因素綜合決定。

3 三種標(biāo)準(zhǔn)的比較

其實(shí)，“冬至日不小于1h”所要求的日照間距，比“大寒日不小于2h”反而大。大寒日前后，是一年中最冷的時(shí)候。而冬至日雖然太陽(yáng)高度角最低，卻不是很冷。我國(guó)民間諺語(yǔ)稱：“頭九暖、二九寒、三九四九冰棱上走?！倍潦穷^九的第一天，當(dāng)然不冷。而相隔一個(gè)月的大寒日，也就是在三九、四九之交，確實(shí)是自古至今人們公認(rèn)的一年中最嚴(yán)寒的日子。所以，規(guī)定“大寒日不小于2h”日照，不但符合人體感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)，也可與國(guó)際上一般容易被人們所接受的“每天有2h以上日照”基本一致。而由于大寒日太陽(yáng)高度角已經(jīng)比冬至日高出許多（一般高出3°以上 ），因此用地卻反而相對(duì)減少了。下面我將舉例證明這一點(diǎn)。

因此，當(dāng)國(guó)家科委和建設(shè)部于上世紀(jì)90年代中，推出的《2000年小康型城鄉(xiāng)住宅科技產(chǎn)業(yè)工程示范小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（詳見(jiàn)本刊1995年第1期），首次把住宅的日照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為“大寒日2h～冬至日2h”，筆者就舉雙手贊成。并為此發(fā)表了題為“切實(shí)可行的日照標(biāo)準(zhǔn)”一文[3]。經(jīng)過(guò)多次計(jì)算發(fā)現(xiàn)：把冬至日1h改為冬至日2h，并不需要增加太多用地。而把冬至日1h改為大寒日2h來(lái)安排，則可以有效節(jié)省更多土地。

下面以上海市正南向住宅為例，計(jì)算它們的日照間距系數(shù)，進(jìn)行比較說(shuō)明。

根據(jù)幾何關(guān)系，正南向住宅的日照間距系數(shù)L0就等于太陽(yáng)高度角h的余切，即：

太陽(yáng)高度角h的計(jì)算公式如下：

式中：Ф—地理緯度。上海市Ф=31°12'=31.20°；

δ—赤緯。冬至δ=-23°26'=-23.43°；大寒δ=-20°14'= -20.23°；

Ω—時(shí)角。中午1h日照Ω=7.5°；中午2h日照Ω=15°。

冬至中午1h：sin h =sin31.20°·sin(-23.43°)+cos31.20°·cos(-23.43°)·cos7.5°=0.510 ，h= sin(-10.510)=34.89°。

冬至1h日照間距系數(shù)：L0=ctg34.89°=1.434。

冬至中午2h:sin h =sin31.20°·sin(-23.43°)+cos31.20°·cos(-23.43°)·cos15°=0.552，h= sin(-10.552)=33.51°。

冬至2h日照間距系數(shù)：L0=ctg33.51°=1.510。

大寒中午2h:sinh =sin31.20°·sin(-20.23°)+cos31.20°·cos(-20.23°)·cos15°=0.597，h =sin(-10.596)=36.58°。

大寒2h日照間距系數(shù)：L0=ctg36.58°=1.347。

由此，冬至2h與冬至1h日照間距系數(shù)之差為：1.510-1.434=0.076；冬至1h與大寒2h日照間距系數(shù)之差為：1.434-1.347=0.087。

為此，證明后者比前者為大。

那么，既然把冬至日1h改為大寒日2 h來(lái)安排,不但日照時(shí)間延長(zhǎng)，還可以節(jié)省許多土地，為什么示范小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則，還要把冬至日不小于1 h留在規(guī)定里面呢？因?yàn)槎寥詹恍∮?h雖然時(shí)間短，但保證了全年每天都有日照；大寒日不小于2 h雖然時(shí)間長(zhǎng)，但它總會(huì)使一年中有那么幾天沒(méi)有日照。明明是個(gè)晴天，卻沒(méi)有日照，這很可能會(huì)引起一些人感到不可接受。所以說(shuō)，住宅日照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，說(shuō)穿了只是個(gè)對(duì)居住者的心理影響和生活習(xí)慣問(wèn)題，也說(shuō)明了人們對(duì)陽(yáng)光的親切感是何等一往情深[4]。

4 我國(guó)城市環(huán)境的改善有目共睹

卜毅同志編寫(xiě)的《建筑日照設(shè)計(jì)》一書(shū)，首次出版的時(shí)間為1979年11月。那時(shí)，《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法（試行）》剛剛于當(dāng)年9月13日頒布，我國(guó)的環(huán)境保護(hù)工作，尤其是城市的環(huán)境保護(hù)工作可說(shuō)是尚在起步階段。因此書(shū)中說(shuō)：“城市由于大氣比較污濁，紫外線比郊區(qū)低25%以上”，是基本符合當(dāng)時(shí)我國(guó)城市一般的環(huán)境狀況的。

請(qǐng)注意卜毅的:“城市由于大氣比較污濁，紫外線比郊區(qū)低25%以上，當(dāng)太陽(yáng)高度角在18°30'以上時(shí)，才可考慮紫外線的效應(yīng)。”這句話里的第一個(gè)“以上”，說(shuō)明了各城市大氣污濁情況是存在不同區(qū)別的。我們當(dāng)然也應(yīng)該區(qū)別對(duì)待。如果同樣以太陽(yáng)高度角18°30'，來(lái)控制不同條件的城市有效日照時(shí)間，顯然有失偏頗。

由于黨和國(guó)家對(duì)環(huán)境問(wèn)題的高度重視，經(jīng)過(guò)30余年的努力，應(yīng)該說(shuō)，目前我國(guó)的城市大氣污濁問(wèn)題已經(jīng)有了很大的改善。例如過(guò)去上海大多數(shù)居民家炊事用的都是煤爐，現(xiàn)在早已經(jīng)普遍采用無(wú)煙無(wú)毒的天然氣了。過(guò)去的許多棚戶區(qū)、老舊房屋都已經(jīng)消失，在市區(qū)出現(xiàn)了大片大片的綠地和水面。許多高污染的工廠，經(jīng)過(guò)技術(shù)改造，已經(jīng)有效降低了污染程度，并已大部分都遷往郊區(qū)。我國(guó)城市環(huán)境的改善有目共睹。

尤其是上海為了舉辦世博會(huì)，又搬遷了幾百個(gè)工廠，進(jìn)一步加強(qiáng)城市綠化，控制汽車等交通工具的尾氣排放等等，為創(chuàng)造優(yōu)良環(huán)境做了大量的工作?，F(xiàn)在上海市區(qū)的紫外線還會(huì)比郊區(qū)低多少，是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。如果能夠不打這個(gè)折扣，上海市區(qū)冬至日上午8點(diǎn)與下午4點(diǎn)的太陽(yáng)高度角10°44'，已經(jīng)達(dá)到了“當(dāng)太陽(yáng)高度角大于10°時(shí)，即可考慮紫外線的效應(yīng)”的條件。上海市區(qū)的“有效日照”也將理直氣壯地在“8～16時(shí)間帶”內(nèi)了。

5 太陽(yáng)光對(duì)人類健康的影響是多方面的

其實(shí)，太陽(yáng)光對(duì)環(huán)境的影響，并不完全取決于紫外線效應(yīng)。陽(yáng)光中紫外線的輻射能，只占了總輻射能的9%，而且地球大氣中的氧和臭氧，還將吸收掉其中小于0.32μ的部分。因此真正到達(dá)地球的紫外線輻射能，即使太陽(yáng)高度角為90°時(shí)，也僅只有4%了。

太陽(yáng)光中占比例最大的是紅外線，它的主要作用是給我們帶來(lái)溫暖。地處寒冷與嚴(yán)寒地區(qū)的人們，在冬季最需要的就是溫暖。而且它還有個(gè)特點(diǎn)：越是太陽(yáng)高度角小，紅外線的成分越多。當(dāng)太陽(yáng)高度角為90°時(shí), 紅外線所占比例為50%,而當(dāng)太陽(yáng)高度角為0.5°時(shí),所占比例增加為72%。所以我們?cè)谇宄炕虬硭吹降奶?yáng)，總是特別的紅，就是這個(gè)道理。

當(dāng)然，別忘記了太陽(yáng)光中最主要的可見(jiàn)光，因?yàn)樗粌H給我們帶來(lái)了最珍貴、最美好、最需要的光明，而且也給我們帶來(lái)了良好的心情與探求真理、改造這個(gè)世界的追求與渴望。它是促進(jìn)人類不斷前進(jìn)的自然界最主要的動(dòng)力。至于紫外線輻射能不足的問(wèn)題，在科學(xué)發(fā)達(dá)的今天，完全可以像溫度不足采用各種采暖器一樣，購(gòu)買一個(gè)紫外線燈，每天輻照一定時(shí)間，就完全可以解決了。

6 科學(xué)日照指標(biāo)就像“巧婦當(dāng)家”

科學(xué)日照指標(biāo)就像是“巧婦當(dāng)家”。因?yàn)榭茖W(xué)日照指標(biāo)中的“累計(jì)日照照度”和“累計(jì)日照強(qiáng)度”，本來(lái)就是用定積分推導(dǎo)出來(lái)的。“積分”與“累計(jì)”，說(shuō)明她善于積累與算計(jì)著過(guò)日子。事實(shí)上也正是這樣：照進(jìn)窗戶的太陽(yáng)光，無(wú)論面積是大是小、強(qiáng)度是弱是強(qiáng)，都被公式里給累計(jì)算進(jìn)去了，一點(diǎn)也沒(méi)有丟掉不計(jì)。因?yàn)樗鼈兓蚨嗷蛏俣寄軌虬l(fā)揮一些作用的。如紫外線雖然弱，但還有充足的紅外線，它們能夠提供許多熱量。本來(lái)夜里壓力很大的暖氣，到了清晨8時(shí)，完全可以減壓了；所應(yīng)用的電暖風(fēng)器、電油汀等，也可以把控制功率的旋扭擰小甚至關(guān)掉了。有了陽(yáng)光中的可見(jiàn)光，更可以熄滅所有路燈，關(guān)掉大部分室內(nèi)照明，這可以節(jié)約多少能耗，怎么能不計(jì)算進(jìn)去呢？科學(xué)日照指標(biāo)所提供的計(jì)算式，就是為了這樣點(diǎn)滴計(jì)算進(jìn)去的需要。如果因?yàn)樘?yáng)高度角不夠18°30'，就大筆一揮，把整小時(shí)整小時(shí)的日照時(shí)間刪掉，這不是太浪費(fèi)、太可惜了嗎？而且這樣的規(guī)定，使所設(shè)計(jì)的建筑，在一定程度上不能隨意選擇朝向和外形，束縛了建筑師的靈感，實(shí)在是不可取。

關(guān)于建筑的朝向，科學(xué)日照指標(biāo)不但已經(jīng)考慮進(jìn)去，而且還同時(shí)兼顧到太陽(yáng)方位角與之相對(duì)關(guān)系的因素。所以說(shuō)，科學(xué)日照指標(biāo)已經(jīng)精確地計(jì)算進(jìn)了現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范中規(guī)定的“有效日照8～16時(shí)間帶”內(nèi)所有可以照射到的陽(yáng)光所發(fā)揮的作用了。

這樣“摳門(mén)兒”的計(jì)算，是不是太“小家子氣”了一點(diǎn)？決不是。筆者提出的科學(xué)日照指標(biāo)，是以正午有2h日照作為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行等量折算的。這時(shí)候，太陽(yáng)高度角最高，一般不存在紫外線效應(yīng)不足的問(wèn)題。這里沒(méi)有考慮是在哪個(gè)季節(jié)與節(jié)氣，也就是說(shuō)是全年、當(dāng)然也包括了冬至日不小于2h的條件在內(nèi)。這是我國(guó)、也是全世界一般居民住宅規(guī)定的最高標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計(jì)人員在作具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該靈活考慮不同的位置條件。如果你設(shè)計(jì)的住宅前面，遮擋的物體不高，當(dāng)然采用讓陽(yáng)光越過(guò)遮擋建筑的屋頂照射進(jìn)來(lái)的布置方式；如果建筑物都很高，就應(yīng)該采用壓縮前后間距、拉開(kāi)兩側(cè)距離，使陽(yáng)光從遮擋體兩側(cè)斜向照射來(lái)的布置方式。因此在多層或低層住宅區(qū)，應(yīng)該采用前者；而在高層、或者超高層住宅區(qū)，則常常以后者更為經(jīng)濟(jì)。當(dāng)然，也可以兩種方式結(jié)合考慮。

標(biāo)準(zhǔn)定得過(guò)高，也許會(huì)脫離我國(guó)的實(shí)際情況，遇到目前難以實(shí)用的問(wèn)題。例如正東、正西向，在沒(méi)有任何遮擋的條件下，雖然看起來(lái)都能夠獲得整半天即4h的日照，但按科學(xué)日照指標(biāo)計(jì)算起來(lái)，仍然達(dá)不到正午2h的日照要求。這確實(shí)有些令人難以接受。可是科學(xué)的東西，是來(lái)不得半點(diǎn)虛假的。當(dāng)然，規(guī)范畢竟是人定的，必要時(shí)應(yīng)該可以適當(dāng)通融。例如有一條南北走向的主要馬路，因?yàn)閮膳匝亟值牡赇?，都是東西朝向的，難以做到都成鋸齒形。因此，在制定規(guī)范時(shí)，可以考慮在一定的條件下，適當(dāng)降低指標(biāo)要求。畢竟如前面所說(shuō)：住宅日照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，說(shuō)穿了只是個(gè)對(duì)居住者的心理影響和生活習(xí)慣問(wèn)題。主要還是由規(guī)范制定者和實(shí)際設(shè)計(jì)者根據(jù)不同情況自行決定。

但是，高標(biāo)準(zhǔn)也可能因此充分調(diào)動(dòng)廣大設(shè)計(jì)人員的聰明智慧。本指標(biāo)提供了靈活布置外形和朝向的日照計(jì)算辦法，有望使設(shè)計(jì)者擺脫“方方正正”的老框框，激發(fā)靈感，設(shè)計(jì)出更多更好的V字形、U 字形、W 字形，以及梯形、弧形等等更多既日照條件良好，又舒適合理的建筑造型。讓現(xiàn)代化城市的面貌變得更加豐富多彩。

7 結(jié)論

上海城市規(guī)劃管理人員，本著對(duì)廣大居民日照環(huán)境絕對(duì)負(fù)責(zé)，具體規(guī)定了每天的有效日照時(shí)間（上午9點(diǎn)到下午3點(diǎn)）。這種以人為本的精神是十分難能可貴的?？墒?，隨著時(shí)間的推移、科技的進(jìn)步與人們認(rèn)識(shí)水平的提高，將某些規(guī)定適當(dāng)調(diào)整，筆者認(rèn)為是值得考慮的。

現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范規(guī)定：“大城市在有效日照8～16時(shí)間帶內(nèi)，大寒日不小于2h，冬至日不小于1h?！蔽覀儜?yīng)該領(lǐng)會(huì)它是一個(gè)普遍適用的規(guī)定。其實(shí)，緯度不同的地區(qū)，陽(yáng)光的紫外線效應(yīng)相差很大。同樣冬至日正午1 h，哈爾濱的陽(yáng)光紫外線絕對(duì)比不上北京的強(qiáng)，而北京也絕對(duì)比不上上海強(qiáng)。之所以同樣規(guī)定1h或2h，完全是出于心理上一視同仁的原則。其實(shí)仍然是不公平的。但是哈爾濱冬季取暖標(biāo)準(zhǔn)比北京高，上海則基本不采暖。這樣想，總的效果仍然是公平合理的。單純根據(jù)紫外線效應(yīng)來(lái)決定有效日照時(shí)間，是不妥當(dāng)?shù)?，也是很難推行的。

科學(xué)日照指標(biāo)是采用科學(xué)發(fā)展觀的眼光，經(jīng)過(guò)合理推演制定出來(lái)的。具有一定的前瞻性。它的根據(jù)是目前一般住宅的最高日照標(biāo)準(zhǔn)：即使冬至日，也能夠確保相當(dāng)于每天中午不小于2h的日照。

但是畢竟因?yàn)楣P者勢(shì)單力薄，人微言輕，該指標(biāo)至今尚未受到足夠重視，也沒(méi)有通過(guò)任何鑒定。希望廣大讀者在試用中務(wù)必慎重，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)通告。筆者懇切期待著廣大讀者的批評(píng)賜教。

參考資料：

［1］中國(guó)建筑設(shè)計(jì)資料集（第二版）.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.第一冊(cè).P191.

［2］卜毅.建筑日照設(shè)計(jì)（第二版）.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.P91.

［3］ 錢(qián)本德 .切實(shí)可行的日照標(biāo)準(zhǔn).住宅科技，1995(7)，25.

［4］錢(qián)本德.南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院.2010.6.11.