從氣象角度探討日照對(duì)哈爾濱市建筑間距的影響

張海玉，王瑩，宋麗萍，汪喜江

（哈爾濱市氣象局，黑龍江哈爾濱 150080）

從氣象角度探討日照對(duì)哈爾濱市建筑間距的影響

張海玉，王瑩，宋麗萍，汪喜江

（哈爾濱市氣象局，黑龍江哈爾濱 150080）

在對(duì)哈爾濱市的太陽高度角、方位角進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)氣候、地理特點(diǎn)，研究哈爾濱市建筑工程設(shè)計(jì)中日照的一般規(guī)律，為哈爾濱市確定街道、住宅小區(qū)方位及布局和建筑物的最佳朝向提供了合理的依據(jù)。采用太陽真時(shí)計(jì)算出哈爾濱市太陽高度角h、太陽方位角A，并分析出其與時(shí)間的關(guān)系，并列出圖表。這些研究成果，不僅為如何更加合理地使建筑用地獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益提供依據(jù)，而且還為建筑工程和住宅小區(qū)商品房推銷提供了可靠的氣象科學(xué)依據(jù)。

日照；太陽高度角；太陽方位角；建筑日照間距

1 引言

大城市人口集中，因此城市用地緊張的矛盾比一般中小城市要大，建筑間距大，勢(shì)必多占用土地；而間距小，又將影響環(huán)境衛(wèi)生及居民的健康。同一地理緯度的同一日照標(biāo)準(zhǔn)，小城市能達(dá)到的中等城市不一定能達(dá)到，大城市可能很難達(dá)到。而北緯40°以上、第Ⅰ建筑氣候區(qū)的長(zhǎng)春、沈陽、哈爾濱、牡丹江、齊齊哈爾、佳木斯等城市的現(xiàn)行住宅間距則連大寒日日照1h也未能達(dá)到。因此，如何合理地選擇建筑間距是規(guī)劃設(shè)計(jì)中非常重要的一個(gè)問題。結(jié)合其它的綜合條件，使小區(qū)內(nèi)的絕大部分建筑物，均能得到良好的日照條件是必須慎重考慮的一個(gè)問題。本文通過計(jì)算出哈爾濱市每天有效日照時(shí)段的太陽高度角，再根據(jù)建筑日照間距的計(jì)算公式，可以得出哈爾濱市建筑物的最佳朝向。這些研究成果，為建筑工程和住宅小區(qū)商品房推銷提供了可靠的氣象科學(xué)依據(jù)。

2 哈爾濱市自然情況

哈爾濱市位于45°45′N、126°46′E附近，屬于北方寒地城市。哈爾濱地區(qū)如按國(guó)家所規(guī)定新建住宅日照標(biāo)準(zhǔn)大寒日2 h應(yīng)為房高的2.15倍，但目前執(zhí)行的新區(qū)住宅日照間距為房高的1.8倍，舊區(qū)住宅日照間距為1.5倍房高，明顯低于國(guó)家規(guī)定的日照標(biāo)準(zhǔn)。

3 哈爾濱市太陽高度角與太陽方位角的計(jì)算

在一年四季中，太陽距觀測(cè)地點(diǎn)的位置是變化的，主要以太陽的高度角來表示，太陽高度角又受到緯度和太陽赤緯的影響。

3.1 太陽赤緯的計(jì)算

太陽赤緯是一個(gè)隨季節(jié)變化而變化的量（見表1），在春分和秋分時(shí)，太陽赤緯為0。；在夏至和冬至?xí)r，太陽赤緯分別為23°23′和一23°23′。

式中N為積日，所謂積日，就是日期在年內(nèi)的順序號(hào)，

表1 哈爾濱市各月太陽赤緯的數(shù)值

圖1 哈爾濱市各月太陽赤緯

3.2 太陽高度角的計(jì)算

對(duì)于地球上的某個(gè)地點(diǎn)，太陽高度是指太陽光的入射方向和地平面之間的夾角。太陽高度是決定地球表面獲得太陽熱能數(shù)量的最重要的因素。我們用h來表示這個(gè)角度，它在數(shù)值上等于太陽在天球地平坐標(biāo)系中的地平高度。

式中：δ稱太陽赤緯，可以用（1）式計(jì)算；

φ表示觀測(cè)地地理緯度，哈爾濱市φ＝45°45′；

午后時(shí)角為正，午前時(shí)角為負(fù)；日照設(shè)計(jì)所用的時(shí)間為地方太陽時(shí)，它所表示的真太陽時(shí)與時(shí)鐘不同，故需要進(jìn)行換算。所為地方太陽時(shí)是以太陽通過當(dāng)?shù)刈游缇€為下午12:00所推算出的時(shí)間。精確的地方太陽時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

式中：Tm稱地方平均太陽時(shí)（時(shí)：分）；L0表示標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間子午圈所處的經(jīng)度（度）；

Lm表示地方時(shí)間子午圈所處的經(jīng)度（度）；4（L0－Lm）表示時(shí)差（分）；Ep表示均時(shí)差（分）；考慮到日照設(shè)計(jì)中所用的時(shí)間不需要那樣精確，為簡(jiǎn)化起見，修正值Ep通常忽略不計(jì)。

由圖2可以看出，中午12:00，6月份太陽高度角最大，為66.9°左右，12月份最小，僅為20.71°左右，相差46.19°；其他時(shí)段的太陽高度角隨季節(jié)變化情況與此類似（見表2）。

表2 哈爾濱市各月10:00～15:00太陽高度角數(shù)據(jù)

圖2 哈爾濱市各月太陽高度角

3.3 哈爾濱市太陽方位角的計(jì)算

太陽光線一在平面上的投射線與地平面正南線所夾的角，稱為太陽方位角As，（見表3）。

式中：δ稱太陽赤緯，可以用（1）式計(jì)算；φ表示觀測(cè)地地理緯度，哈爾濱市φ＝45°45′；h稱太陽高度角，可以用（5）式計(jì)算；

4 哈爾濱市日出或日落時(shí)間

因?yàn)槿粘鋈章鋾r(shí)太陽高度角為0，我們可以利用太陽高度角公式，計(jì)算出日出日落時(shí)間。

由表3可以看出，哈爾濱市12月份日照時(shí)間最短還不到9 h，而6月份日照時(shí)間最長(zhǎng)超過15 h。

表3 哈爾濱市各月10-15時(shí)太陽方位角數(shù)據(jù)

表4 哈爾濱市各月日出與日落的時(shí)間

圖3 哈爾濱市各月太陽方位角

5 哈爾濱市建筑日照間距的計(jì)算

建筑日照間距指前后兩排南向房屋之間，為保證后排房屋在冬至日底層獲得不低于一小時(shí)的滿窗日照而保持的最小間隔距離。建筑物的日照間距與建筑用地的地形、朝向、高度和長(zhǎng)度及日照標(biāo)準(zhǔn)等因素決定。

式中：D表示建筑所需的日照間距；H0表示前棟建筑物計(jì)算高度，指前棟建筑總高度減去后棟建筑底層窗臺(tái)高度；h表示太陽高度角；A表示太陽方位角；α表示墻面法線與正南方向的夾角。

可以用（10）式計(jì)算出哈爾濱市冬至日日照間距系數(shù)。

表5 哈爾濱市冬至日日照間距與建筑物朝向及時(shí)間的關(guān)系

由表5可以看出，隨著α的增大，l變小，但α角不宜超過40°，因?yàn)棣吝^大,l雖然可取小，但日照集中在上午或下午，因而輻射能量減小，再大的話，即變?yōu)闁|、西廂房（并受冬季西南風(fēng)的影響較大）。

綜上所述，在達(dá)到日照標(biāo)準(zhǔn)的前提下，如果建筑方位在5°時(shí)，日照間距系數(shù)可取2.61；取至2.72的話，可延長(zhǎng)日照時(shí)間1 h。建筑方位在35°時(shí)，系數(shù)可取2.15，并能延長(zhǎng)2 h日照時(shí)間。

在哈爾濱市以和興路為例，和興路規(guī)劃建筑方位角為3° 42′，故系數(shù)可取2.7,并能延長(zhǎng)2 h日照時(shí)間。漢廣街規(guī)劃建筑方位角為30°，故系數(shù)可取2.27，并能延長(zhǎng)2 h日照時(shí)間;紅旗大街規(guī)劃建筑方位角為1°30′，故系數(shù)可取2.7，并能延長(zhǎng)1 h日照時(shí)間。其它地區(qū)可參考上面的計(jì)算公式和表5來確定。如果地形起伏的地區(qū)，就應(yīng)具體考慮地形對(duì)日照的影響，使系數(shù)取得更加優(yōu)化合理。

1002－252X（2010）04－0017－03

2010－8－6

張海玉（1976-），女，黑龍江省哈爾濱市人，東北林業(yè)大學(xué)，碩士生，工程師.