氣候?qū)Ψ课莩蜷g距影響—以湖南省邵陽為例

李和平，陳 濤，韓 波，呂小敏，陳素平，趙艷蘭

(1.湖南省新寧縣氣象局，新寧 422700;2.湖南省衡陽市氣象局，湖南 衡陽 421001;3.湖南省郴州市氣象局，湖南 郴州 421101;4.湖南省祁東縣氣象局，湖南 祁東 421600)

氣候?qū)Ψ课莩蜷g距影響—以湖南省邵陽為例

李和平1，陳 濤2，韓 波2，呂小敏1，陳素平3，趙艷蘭4

(1.湖南省新寧縣氣象局，新寧 422700;2.湖南省衡陽市氣象局，湖南 衡陽 421001;3.湖南省郴州市氣象局，湖南 郴州 421101;4.湖南省祁東縣氣象局，湖南 祁東 421600)

該文根據(jù)太陽在天空中的位置，分析計算了邵陽水平面各墻壁的日照時數(shù)、直達輻射量、建筑物陰影、各向墻壁日照時間和冬夏盛行風(fēng)向等。分析表明，邵陽房屋最佳朝向在正南偏東偏西各15°的范圍內(nèi)，不宜朝西、朝北(東北);起居室、辦公室、會議室等宜安排在南向房間內(nèi)，樓道、廚房、廁所等宜安排在北向房間中。

氣候影響;房屋朝向;間距

1 引言

現(xiàn)代建筑氣候設(shè)計理念是在規(guī)劃建筑方案設(shè)計過程中，根據(jù)建設(shè)基地的區(qū)域氣候特征，綜合建筑功能要求和系統(tǒng)設(shè)計等需要，合理組織和處理各建筑元素，創(chuàng)造出有助于促進人們身心健康的良好建筑內(nèi)外氣候環(huán)境［1］。目前，已有不少學(xué)者從理論上探討過氣候與房屋設(shè)計的關(guān)系，如余莊［2］從氣候適應(yīng)性窗對室內(nèi)環(huán)境的影響來探討房屋的設(shè)計問題;而謝在永［3］則從住房形式與氣溫關(guān)系進行了研究，分析了我國東北地區(qū)房屋設(shè)計中保暖、防寒和采暖的問題。在建造房屋時，必須充分利用當(dāng)?shù)赜欣臍夂驐l件，防御不利的氣候因素，以期收到最佳效果。規(guī)劃設(shè)計得當(dāng)，可以使居住環(huán)境清潔優(yōu)美、安靜舒適，還可減少冬季取暖和夏季防暑的花費。因此，在建造房屋前，必須詳細了解當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，經(jīng)充分地分析研究，找出合理的規(guī)范設(shè)計方案，作出最佳安排。本文就湖南邵陽氣候條件與房屋朝向、間距之間關(guān)系開展一些有益的探討。

2 太陽在天空中的位置

太陽在天空中的位置，常用太陽高度角、方位角等來標(biāo)示，一年之中，太陽赤緯是不斷變化的，夏至為 +23°27'，冬至為 -23°27'，春秋分為 00。根據(jù)邵陽的緯度(27°00'N)，各時期的太陽赤緯和各時相應(yīng)的時角，可求得邵陽市各節(jié)氣中每天的太陽高度角和方位角(見表1)。

表1 邵陽二分二至各時太陽方位角(A)和高度角(h)

由計算公式 sinAh=0=cosg(1-tg2δtg2ф)1/2可計算出日出日沒時的太陽方位角。一年中，邵陽日出日沒時的方位角有如圖1所示的變化。將一天中各時的太陽高度角和方位角點繪在平面圖上，便得到太陽視軌跡線圖(見圖2)。通過太陽視軌跡線圖，可以查出任何時刻的太陽高度角和方位角，知道太陽在天空中的位置。

太陽視軌跡線圖，也可由中午的太陽高度角和日出日沒時的太陽方位角三點共圓法來做，誤差較小，對一般用度而言，精度足夠。太陽視軌跡線圖，還可知道房屋各朝向墻壁，不同季節(jié)受太陽直接照射的起止時刻和日照長短。這時，只要過圖中圓心作一條與墻壁走向一致的直線，找到該直線與相應(yīng)時期太陽視軌跡線的交點即可。

3 各向墻壁受太陽光照射時間和直達輻射量

3.1 直接照射時間

各向墻壁受太陽直射時間有明顯的年變化(圖3)。邵陽，冬半年(秋分—冬至—春分)，南墻從日出到日沒均可受到太陽的照射。東、西墻正好都是半天受到太陽的直射，所不同的是，東墻是整個上午受到太陽的直射，西墻則是整個下午。北墻在整個冬半年中，根本得不到太陽的直射。其它朝向，則居于以上四個朝向相鄰兩朝向之間，如東南墻便介于東向與南向之間。

圖3 日出日沒太陽方位角年變化

夏半年(春分—夏至—秋分)，東和西墻仍是半天受到太陽的直射。在這半年中，北墻也能受到太陽的直射，但照射時間被分成相等的清晨和傍晚兩段，離夏至越近，受到照射的時間越長。在夏至這天，北墻僅中午前后約4 h受不到太陽直射。南墻則正好相反，凡北墻受不到太陽直射的時間，正是南墻受到直射的時間。在夏至前后，南墻僅有中午前后約4 h受到太陽的直射。冬至前后，南墻整個白天都能受到太陽直射，而北墻則無法受到太陽直射。對水平房頂，一年中，任何時候都是整個白天受到陽光的直射。

圖4 邵陽二至二分日各向墻壁上太陽直達輻射日總量(MJ/m2)

3.2 各向墻壁一日中所接收的太陽直接輻射量

太陽高度角不同，投射到地面的陽光穿過大氣層的厚度也不同。圖4是邵陽二至二分日，各向墻壁單位面上的太陽直達輻射日總量。從圖分析可得：在秋分—冬至—春分的冬半年中，北向墻壁上的太陽直達輻射強度始終為零。在春分—夏至—秋分的夏半年中，任何朝向的墻壁都可受到太陽的直射。冬至前后，正南墻上獲得的太陽輻射日總量最多，冬至日達15.3 MJ/m2。隨著墻壁朝向偏離正南方，太陽直達輻射的日總量迅速減少。這時水平面是一年中太陽直達輻射日總量最少的，只及夏至前后的1/3，相當(dāng)于同時期南墻上直達輻射日總量的60%左右。夏至前后，南墻上太陽直達輻射日總量很小，不到0.8 MJ/m2，是各向墻壁中最少的。隨著墻壁朝向偏離正南方向，太陽直達輻射日總量迅速增加(與冬至前后的情況正相反)，到東和西墻達到最大，約為10.0 MJ/m2。隨著墻壁的朝向繼續(xù)偏北，又逐漸減少，但減少的速度小。北墻的日總量已達南墻的5倍，約3.8 MJ/m2。最熱的7月，與夏至前后情況比較接近。春分和秋分的情況，介于冬至和夏至之間，南墻上太陽輻射日總量最大，北墻上正好為零。

4 建筑物陰影

當(dāng)太陽高度角非90°時，突出地面的物體會產(chǎn)生陰影。物體的陰影會使部分地面或其它突出地面的物體(如房屋)的某些部分無法受到太陽光的直接照射。陰影遮擋的方位，與各時刻的太陽方位角有關(guān)。直立棒的陰影在太陽與棒地交點連線于水平面上投影的相反方向上。根據(jù)一日中各時刻陰影的方位和長度可以繪制成日影曲線圖(圖略)。在日影曲線圖中，中心為一個單位長的直立棒，同心圓上的數(shù)字的影長(以圓心直立棒高為1)，曲線上的數(shù)字為一日中各個時刻。從日影曲線圖中，不僅可以查出一個物體陰影的日變化，還可以看出一個物體受其它物體遮擋(對太陽光而言)的程度。其應(yīng)用范圍較廣。

5 邵陽盛行風(fēng)向及年變化

就全年而言，邵陽盛行最多風(fēng)向為東北風(fēng)，頻率為22%，加上相距僅15°兩個相鄰風(fēng)向的頻率共占42%。其次為靜風(fēng)，頻率為20%(表略)。邵陽地處季風(fēng)氣候區(qū)內(nèi)，盛行風(fēng)向有明顯的年變化。冬、春、夏、秋四季東北風(fēng)出現(xiàn)的頻率分別為24%、21%、6%和23%。邵陽風(fēng)向的日變化也較明顯，頭年10月至次年6月，均以東北風(fēng)為多，但晴天的上、下午，大多亦會吹偏南風(fēng)。

6 房屋朝向與間距的選擇

6.1 朝向與氣象條件的關(guān)系

邵陽地處亞熱帶地段，冬季少嚴(yán)寒，但潮濕陰冷;夏季多酷熱，太陽輻射強。因此夏天，室內(nèi)要避免陽光直接進入，注意通風(fēng)良好。冬天，要避免冷空氣大量涌入室內(nèi)，讓盡可能多的陽光進入室內(nèi)，以保持室內(nèi)暖和舒適。冬夏都有一個好的室內(nèi)小氣候環(huán)境，不僅有益于健康，而且可以提高學(xué)習(xí)和工作效率。房屋朝向選擇，就是為了更好地實現(xiàn)上述目標(biāo)。

6.2 邵陽房屋的朝向

從前面的分析得知，邵陽朝南的房間，夏日盛行的偏南風(fēng)，可以從窗口順利進入室內(nèi)，通過門和門上的氣窗等形成良好的自然通風(fēng)。這時南墻上的窗戶受太陽直射的時間最短，直接進入室內(nèi)的太陽光最少。故南向房間在盛夏不僅有涼爽之感，而且空氣清新宜人。冬季，朝南的房屋，一則偏北的寒冷空氣不易進入室內(nèi)，同時向南的窗戶整天均可受到太陽的直射，從窗戶進入室人的陽光最多，使室內(nèi)具有溫暖舒適的小氣候環(huán)境。因此，房間朝南具有冬暖夏涼的特點，能減少冬季采暖和夏日防暑降溫的費用。

朝北的房間情況與朝南的正好相反。夏日窗戶上受到近10 h的太陽光直接照射，而盛夏盛行的南風(fēng)無法由北墻窗戶口吹入室內(nèi)，室內(nèi)的通風(fēng)不暢，氣溫高而悶熱。冬天則根本見不到陽光，盛行的北風(fēng)容易從窗戶進入室內(nèi)，使人感到陰冷潮濕，沒有舒適感。

東、西兩個朝向的房間，全年均有半天窗口受到太陽直射。冬天，大量陽光進入室內(nèi)是有益的。夏天，大量陽光進入室內(nèi)會使室內(nèi)氣溫比室外高。尤其是西向房間，在氣溫高的下半天受到太陽光照射，室內(nèi)氣溫會升得更高，使人感到悶熱難當(dāng)，不僅大大降低學(xué)習(xí)和工作效率，對身心健康亦很有害。

由以上分析可知，邵陽地區(qū)的房屋最佳朝向，在正南偏東偏西各15°的范圍內(nèi)，適宜朝向在正南偏東偏西各45°的范圍內(nèi)。要盡量避免修建朝西至朝北方向房屋。

6.3 不同用途房間安排

目前的房屋建設(shè)一般有兩排房間，對不同用途的房間作出適當(dāng)安排，有助于改善室內(nèi)小氣候。對于南北向房屋，起居室、辦公室、會客室等主要房間，應(yīng)安排在南邊，樓梯、衛(wèi)生間、廚房等輔助性房間，宜安排在北邊。這樣做，會使主要房間內(nèi)十分舒適，輔助性房間內(nèi)的污染物也不污染主要房間。如作相反安排，主要房冬冷夏熱不算，輔助性房間的臭味和煙氣，亦會隨著南風(fēng)大量吹入主要房內(nèi)，對學(xué)習(xí)、工作和健康均為不利。如果受街道走向和地形等條件的限制，房屋非得東西向不可時，一則可盡量將主要房間安排西面;二則可在窗戶上增設(shè)遮陽板等，盡力阻止陽光進入室內(nèi)，同時還可利用豎軸窗戶的不同開啟程度，促成室內(nèi)的自然通風(fēng)，改善室內(nèi)小氣候。房頂宜有隔熱層，以改善頂層房間的居住條件，高房間宜安上紗窗。

6.4 房屋的最小間距

按我國的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，房屋的最小間距，應(yīng)不使底層房間晴天時滿窗日照不少于2 h。對于南北向房間，要使冬至日照時數(shù)達到上述條件，距南面房屋的距離不應(yīng)少于南面房高的1.2倍。通常底層窗戶距地面1.2 m，因而間距還可縮短1.4 m。

［1］ 閆鳳英，王新華，等.城市住宅小區(qū)建筑內(nèi)外環(huán)境對局部氣候的影響［J］. 太陽能學(xué)報，2010，31(4)：437-441.

［2］ 余莊，李晶，張輝.氣候適應(yīng)性窗對室內(nèi)環(huán)境的影響研究［J］. 建筑科學(xué)，2010，26(8)：18-22

［3］ 謝在永.住房形式與氣象［J］.陜西氣象，1992(1)：13-15.

P49

B

1003-6598(2011)05-0030-03

2011-06-14

李和平(1966-)，男，助工，長期從事地面氣象監(jiān)測工作。