基于建筑日照標(biāo)準(zhǔn)的潛江市氣候資料分析

徐瓊芳　岳陽　杜燕妮

摘要：根據(jù)國家有關(guān)規(guī)范的建筑日照標(biāo)準(zhǔn)，利用潛江市氣象站近46年的氣候資料，對(duì)與建筑標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的氣溫?cái)?shù)據(jù)、大寒和冬至日日照時(shí)數(shù)等進(jìn)行分析。結(jié)果表明，潛江市處于建筑氣候區(qū)劃Ⅲ氣候區(qū)，按建筑日照標(biāo)準(zhǔn)，大寒日日照不低于3 h，潛江市日照間距系數(shù)為1.287～1.424。

關(guān)鍵詞：建筑；日照；氣候；區(qū)劃；潛江市

中圖分類號(hào)：P49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）18-3458-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.18.017

Abstract： Based on Qianjiang meteorological station climate data in recent 46 years， the analysis was done on temperature data， big chill， cold winter solstice sunshine related standards of construction. The results showed that Qianjiang city was in building Climate Division III climate zone. The big chill sunshine was not less than 3 hours according to the construction standard of sunshine. Qianjiang sunshine spacing coefficient was between 1.287 to 1.424.

Key words： architecture； sunshine； climate； regionalization； Qianjiang

中國幅員遼闊，地形復(fù)雜，由于地理緯度、地勢(shì)等條件的不同，各地氣候相差懸殊。因此針對(duì)不同的氣候條件，各地建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)都有對(duì)應(yīng)不同的做法。炎熱地區(qū)的建筑需要遮陽、隔熱和通風(fēng)，以防室內(nèi)過熱；寒冷地區(qū)的建筑則要防寒和保溫，讓更多的陽光進(jìn)入室內(nèi)。

建筑日照是根據(jù)陽光直射原理和日照標(biāo)準(zhǔn)，研究日照和建筑的關(guān)系以及日照在建筑中的應(yīng)用，是建筑光學(xué)中的重要課題。研究建筑日照的目的是充分利用陽光以滿足室內(nèi)光環(huán)境和衛(wèi)生要求，同時(shí)防止室內(nèi)過熱。加強(qiáng)對(duì)城市建筑日照的研究，為建筑設(shè)計(jì)部門提供氣象依據(jù)，十分必要。很多學(xué)者對(duì)建筑日照進(jìn)行了研究[1-9]，取得一些成果，但對(duì)潛江市建筑日照的研究極少。本研究根據(jù)中國通常采用的建筑日照標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)在建筑日照標(biāo)準(zhǔn)中潛江市氣候資料的幾個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

1 資料與方法

1.1 資料

利用潛江市氣象站1971～2016年近46年的地面觀測(cè)資料，氣溫為逐月月平均氣溫?cái)?shù)據(jù)，日照為逐日日照數(shù)據(jù)。資料經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn)，可用率為100%。

1.2 研究方法

1.2.1 建筑日照標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)國家有關(guān)規(guī)范[10]，按建筑氣候分區(qū)和城市規(guī)模大小將住宅日照標(biāo)準(zhǔn)分為3個(gè)檔次，即第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ氣候區(qū)的大城市不低于大寒日日照2 h；第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ氣候區(qū)的中小城市和第Ⅳ氣候區(qū)的大城市不低于大寒日日照3 h；第Ⅳ氣候區(qū)的中小城市和第Ⅴ、Ⅵ氣候區(qū)的各級(jí)城市不低于冬至日日照1 h。同時(shí)，老年人、幼兒的機(jī)能、生活規(guī)律及其健康需求決定了其活動(dòng)范圍的局限性和對(duì)環(huán)境的特殊要求，為老年人、小孩服務(wù)的各項(xiàng)設(shè)施敬老院、老人公寓、托兒所、幼兒園等要有更高的日照標(biāo)準(zhǔn)，均高于住宅日照標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

1.2.2 氣候區(qū)劃 建筑氣候區(qū)劃是出于使建筑更充分地利用和適應(yīng)中國不同的氣候條件，達(dá)到因地制宜的目的。對(duì)中國進(jìn)行的氣候區(qū)劃分[11]，建筑氣候區(qū)劃包括7個(gè)主氣候區(qū)，20個(gè)子氣候區(qū)。各氣候區(qū)以1月和7月平均氣溫作為主要?dú)夂蛑笜?biāo)。

1.2.3 日照間距系數(shù)公式 日照間距指前后兩排南向房屋之間，為保證后排房屋在某一特定日底層獲得不低于一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)數(shù)的滿窗日照而保持的最小間隔距離。日照間距的計(jì)算方法：以房屋長(zhǎng)邊向陽，朝陽向正南，正午太陽照到后排房屋底層窗臺(tái)為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算。日照間距系數(shù)是根據(jù)日照標(biāo)準(zhǔn)確定的房屋間距與遮擋房屋檐高的比值。日照間距系數(shù)，與日照標(biāo)準(zhǔn)、地理緯度、建筑物朝向等因素有關(guān)，當(dāng)建筑物為南向或南偏東（西）時(shí)，計(jì)算公式為：

I=ctgh·cos（A-B） （1）

式中，I是日照間距系數(shù)；h是太陽高度角；A是太陽方位角；B是墻方位角，即后棟建筑物墻面法線與太陽方位線的交角。其中，太陽高度角h計(jì)算公式為：

sinh=sinΧ·sinδ+cosΧ·cosδ·cosω （2）

太陽方位角A計(jì)算公式為：

sinA=cosδ·sinω/cosh （3）

公式（2）、（3）中，Χ是當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥?；δ是冬至日或大寒日的太陽赤緯，可從天文年歷中查出，冬半年為負(fù)，夏半年為正；ω是時(shí)角，上午為負(fù)，下午為正，正午為零，按地球每自轉(zhuǎn)一周24 h計(jì)，每1 h為15°。當(dāng)建筑物朝向?yàn)闁|（西）向時(shí)，式（1）改為：

I=ctgh·cos（90°-A）=ctgh·sinA （4）

2 結(jié)果與分析

2.1 潛江市在建筑氣候區(qū)劃中的氣候區(qū)

潛江市1971～2016年1月平均氣溫變化曲線見圖1。由圖1可知，潛江市1971～2016年1月平均氣溫為3.9 ℃。符合Ⅲ氣候區(qū)1月平均氣溫0～10 ℃和Ⅴ氣候區(qū)1月平均氣溫0～13 ℃指標(biāo)。

潛江市1971～2016年7月平均氣溫變化曲線見圖2。由圖2可知，潛江市1971～2016年7月平均氣溫為28.2 ℃。符合Ⅲ氣候區(qū)7月平均氣溫25～30 ℃和Ⅳ氣候區(qū)7月平均氣溫25～29 ℃指標(biāo)。endprint

結(jié)合潛江市氣象站1971～2016年1月和7月平均氣溫分析，得出潛江市處于建筑氣候區(qū)劃Ⅲ氣候區(qū)。

2.2 潛江市大寒日日照時(shí)數(shù)

大寒是二十四節(jié)氣中的最后一個(gè)節(jié)氣，是反映天氣寒冷程度的節(jié)氣。時(shí)間在每年的1月20日左右。每年1月20日前后太陽到達(dá)黃經(jīng)300°時(shí)為大寒，這時(shí)寒潮南下頻繁，是潛江市一年中最冷時(shí)期，風(fēng)大，低溫，地面積雪不化，呈現(xiàn)出冰天雪地、天寒地凍的嚴(yán)寒景象。

由圖3可知，潛江市1971～2016年大寒日照平均時(shí)數(shù)為2.7 h，最大值出現(xiàn)在2014年，為8.8 h。

2.3 潛江市冬至日日照時(shí)數(shù)

冬至，華夏二十四節(jié)氣之一、八大天象類節(jié)氣之一，與夏至相對(duì)。冬至在太陽到達(dá)黃經(jīng)270°時(shí)開始，每年公歷12月22日左右。冬至這天，太陽直射地面的位置到達(dá)一年的最南端，幾乎直射南回歸線（南緯23°26′）。一年中以冬至日日照時(shí)間最短，當(dāng)建筑物在冬至日能獲得一定的日照時(shí)間時(shí)，全年的日照時(shí)間就都可以滿足。

由圖4可知，潛江市1971～2016年冬至日日照平均時(shí)數(shù)為4.0 h，最大值出現(xiàn)在1975年冬至日，為8.9 h。

2.4 日照間距系數(shù)的分布

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入日照間距系數(shù)公式，即可求得不同情況下的日照間距系數(shù)。

潛江市地理坐標(biāo)東經(jīng)112°54′，北緯30°25′，北京時(shí)與潛江市當(dāng)?shù)卣嫣枙r(shí)有30 min左右時(shí)間差。

冬至日太陽赤緯角-23°26′，日出時(shí)間07：21，日落時(shí)間17：32，正午太陽高度角36°10′，日落太陽方位角62°55′。

大寒日太陽赤緯角-20°13′，日出時(shí)間07：25，日落時(shí)間17：54，正午天陽高度角39°25′，日落太陽方位角66°50′。

按建筑日照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，有效日照時(shí)間帶為每日8：00～16：00，潛江市冬至日、大寒日8：00～16：00的日照間距系數(shù)見表2、表3。

潛江市為中小城市，處于建筑氣候區(qū)劃Ⅲ氣候區(qū)，按建筑日照標(biāo)準(zhǔn)，大寒日日照不低于3 h。由表3可知，正午前后1.5 h潛江市日照間距系數(shù)為1.287～1.424。

3 小結(jié)與討論

1）潛江市1971～2016年1月平均氣溫3.9 ℃，7月平均氣溫28.2 ℃，潛江市符合住宅日照標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ氣候區(qū)指標(biāo)。

2）潛江市1971～2016年大寒日日照時(shí)數(shù)平均為2.8 h，2014年大寒日照時(shí)數(shù)最大值為8.8 h。1971～2016年冬至日日照平均時(shí)數(shù)為4.0 h，最大值出現(xiàn)在1975年，為8.9 h。

3）大寒日的日照間距系數(shù)明顯小于相同情況下冬至日的日照間距系數(shù)。這是由于冬至日的正午太陽高度為一年中最低，到了大寒日太陽高度已明顯升高，因而在其他情況相同時(shí)，大寒日的日照間距系數(shù)比冬至日要小。

4）同為冬至日或大寒日，要求的日照時(shí)間越長(zhǎng)，其日照間距系數(shù)就越大。

5）潛江市為中小城市，處于建筑氣候區(qū)劃Ⅲ氣候區(qū)，按建筑日照標(biāo)準(zhǔn)，大寒日日照不低于3 h，潛江市日照間距系數(shù)為1.287～1.424。

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