科學日照指標與有效日照時間帶

■ 錢本德 Qian Bende

1 問題的提出

自從有關城市住宅科學日照指標的論文發表以后，有位上海的朋友來電話問我：“你所發表的論文中，都把每天的日照時間考慮為上午8點至下午4點。你可知曉我們上海市有規定：每天的有效日照時間為：上午9點到下午3點嗎？”

我當然知道，《上海市城市規劃管理技術規定》中，有一個“不同朝向建筑有效日照時間”表。因為它就載在《中國建筑設計資料集》（第2版）第一冊[1]中，這本資料集是建筑設計人員常用的工具書，人手一冊，怎么可能不知道。

上海規定這個有效日照時間的根據是什么這個題目談談我的看法。

2 紫外線效應與有效日照時間

在卜毅所著的堪稱我國近代日照經典著作的《建筑日照設計》[2]一書內有這樣一段話：“一般在郊區及農村，大氣較為清潔，當太陽高度角大于10°時，即可考慮紫外線的效應。城市由于大氣比較污濁，紫外線比郊區低25%以上，當太陽高度角在18°30'以上時，才可考慮紫外線的效應”。

因為在上海，冬至日上午8時和下午4 時的太陽高度角只有10°44'，要等上午9時后和下午4 時前才達到20°25'。可見，上海市城市規劃管理單位是根據了陽光中的紫外線效應來制定有效日照時間的。

然而，我國現行國家規范《城市居住區規劃設計規范》(GB50180－93)中有這樣一句重要規定：“大城市在有效日照8～16時間帶內，大寒日不小于2 h，冬至日不小于1 h。”

如果我國的城市都按照紫外線效應來制定有效日照時間。那么，實際上我國沒有一個城市在此“有效日照8～16時間帶”內。因為大家知道：太陽高度角是越往南、緯度越低越大。可是即使南至廣州，冬至日上午8時和下午4 時太陽高度角，也僅為15°28'。其實，連我國最南端的海南島三亞市，這時間的太陽高度角都沒有達到18°30'。這樣看來，我國現行國家規范中的“有效日照8～16時間帶”豈不是變成了一句空話了。

可是，如果我們深入考慮規范中接下來的話：“大寒日不小于2h，冬至日不小于1 h。”，我們就可以知道：其實規范的規定并不是根據紫外線效應來制定有效日照時間的。因為冬至日中午的太陽高度角肯定比大寒日的太陽高度角要小，因此紫外線效應也比大寒日為差。而冬至日卻只規定了“不小于1h日照”，大寒日反而規定了“不小于2h日照”，這豈不是太不合道理了。顯然，我們不能機械地看問題，應該根據實際條件的允許狀況和對居民的心理影響等諸多因素綜合決定。

3 三種標準的比較

其實，“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，是一年中最冷的時候。而冬至日雖然太陽高度角最低，卻不是很冷。我國民間諺語稱：“頭九暖、二九寒、三九四九冰棱上走。”冬至是頭九的第一天，當然不冷。而相隔一個月的大寒日，也就是在三九、四九之交，確實是自古至今人們公認的一年中最嚴寒的日子。所以，規定“大寒日不小于2h”日照，不但符合人體感覺經驗，也可與國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。而由于大寒日太陽高度角已經比冬至日高出許多（一般高出3°以上 ），因此用地卻反而相對減少了。下面我將舉例證明這一點。

因此，當國家科委和建設部于上世紀90年代中，推出的《2000年小康型城鄉住宅科技產業工程示范小區規劃設計導則》（詳見本刊1995年第1期），首次把住宅的日照標準規定為“大寒日2h～冬至日2h”，筆者就舉雙手贊成。并為此發表了題為“切實可行的日照標準”一文[3]。經過多次計算發現：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來安排，則可以有效節省更多土地。

下面以上海市正南向住宅為例，計算它們的日照間距系數，進行比較說明。

根據幾何關系，正南向住宅的日照間距系數L0就等于太陽高度角h的余切，即：

太陽高度角h的計算公式如下：

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：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：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：L0=ctg36.58°=1.347。

由此，冬至2h與冬至1h日照間距系數之差為：1.510-1.434=0.076；冬至1h與大寒2h日照間距系數之差為：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來安排,不但日照時間延長，還可以節省許多土地，為什么示范小區規劃設計導則，還要把冬至日不小于1 h留在規定里面呢？因為冬至日不小于1h雖然時間短，但保證了全年每天都有日照；大寒日不小于2 h雖然時間長，但它總會使一年中有那么幾天沒有日照。明明是個晴天，卻沒有日照，這很可能會引起一些人感到不可接受。所以說，住宅日照標準的規定，說穿了只是個對居住者的心理影響和生活習慣問題，也說明了人們對陽光的親切感是何等一往情深[4]。

4 我國城市環境的改善有目共睹

卜毅同志編寫的《建筑日照設計》一書，首次出版的時間為1979年11月。那時，《中華人民共和國環境保護法（試行）》剛剛于當年9月13日頒布，我國的環境保護工作，尤其是城市的環境保護工作可說是尚在起步階段。因此書中說：“城市由于大氣比較污濁，紫外線比郊區低25%以上”，是基本符合當時我國城市一般的環境狀況的。

請注意卜毅的:“城市由于大氣比較污濁，紫外線比郊區低25%以上，當太陽高度角在18°30'以上時，才可考慮紫外線的效應。”這句話里的第一個“以上”，說明了各城市大氣污濁情況是存在不同區別的。我們當然也應該區別對待。如果同樣以太陽高度角18°30'，來控制不同條件的城市有效日照時間，顯然有失偏頗。

由于黨和國家對環境問題的高度重視，經過30余年的努力，應該說，目前我國的城市大氣污濁問題已經有了很大的改善。例如過去上海大多數居民家炊事用的都是煤爐，現在早已經普遍采用無煙無毒的天然氣了。過去的許多棚戶區、老舊房屋都已經消失，在市區出現了大片大片的綠地和水面。許多高污染的工廠，經過技術改造，已經有效降低了污染程度，并已大部分都遷往郊區。我國城市環境的改善有目共睹。

尤其是上海為了舉辦世博會，又搬遷了幾百個工廠，進一步加強城市綠化，控制汽車等交通工具的尾氣排放等等，為創造優良環境做了大量的工作。現在上海市區的紫外線還會比郊區低多少，是一個值得探討的問題。如果能夠不打這個折扣，上海市區冬至日上午8點與下午4點的太陽高度角10°44'，已經達到了“當太陽高度角大于10°時，即可考慮紫外線的效應”的條件。上海市區的“有效日照”也將理直氣壯地在“8～16時間帶”內了。

5 太陽光對人類健康的影響是多方面的

其實，太陽光對環境的影響，并不完全取決于紫外線效應。陽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。因此真正到達地球的紫外線輻射能，即使太陽高度角為90°時，也僅只有4%了。

太陽光中占比例最大的是紅外線，它的主要作用是給我們帶來溫暖。地處寒冷與嚴寒地區的人們，在冬季最需要的就是溫暖。而且它還有個特點：越是太陽高度角小，紅外線的成分越多。當太陽高度角為90°時, 紅外線所占比例為50%,而當太陽高度角為0.5°時,所占比例增加為72%。所以我們在清晨或傍晚所看到的太陽，總是特別的紅，就是這個道理。

當然，別忘記了太陽光中最主要的可見光，因為它不僅給我們帶來了最珍貴、最美好、最需要的光明，而且也給我們帶來了良好的心情與探求真理、改造這個世界的追求與渴望。它是促進人類不斷前進的自然界最主要的動力。至于紫外線輻射能不足的問題，在科學發達的今天，完全可以像溫度不足采用各種采暖器一樣，購買一個紫外線燈，每天輻照一定時間，就完全可以解決了。

6 科學日照指標就像“巧婦當家”

科學日照指標就像是“巧婦當家”。因為科學日照指標中的“累計日照照度”和“累計日照強度”，本來就是用定積分推導出來的。“積分”與“累計”，說明她善于積累與算計著過日子。事實上也正是這樣：照進窗戶的太陽光，無論面積是大是小、強度是弱是強，都被公式里給累計算進去了，一點也沒有丟掉不計。因為它們或多或少都能夠發揮一些作用的。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。本來夜里壓力很大的暖氣，到了清晨8時，完全可以減壓了；所應用的電暖風器、電油汀等，也可以把控制功率的旋扭擰小甚至關掉了。有了陽光中的可見光，更可以熄滅所有路燈，關掉大部分室內照明，這可以節約多少能耗，怎么能不計算進去呢？科學日照指標所提供的計算式，就是為了這樣點滴計算進去的需要。如果因為太陽高度角不夠18°30'，就大筆一揮，把整小時整小時的日照時間刪掉，這不是太浪費、太可惜了嗎？而且這樣的規定，使所設計的建筑，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，實在是不可取。

關于建筑的朝向，科學日照指標不但已經考慮進去，而且還同時兼顧到太陽方位角與之相對關系的因素。所以說，科學日照指標已經精確地計算進了現行國家規范中規定的“有效日照8～16時間帶”內所有可以照射到的陽光所發揮的作用了。

這樣“摳門兒”的計算，是不是太“小家子氣”了一點？決不是。筆者提出的科學日照指標，是以正午有2h日照作為標準，進行等量折算的。這時候，太陽高度角最高，一般不存在紫外線效應不足的問題。這里沒有考慮是在哪個季節與節氣，也就是說是全年、當然也包括了冬至日不小于2h的條件在內。這是我國、也是全世界一般居民住宅規定的最高標準。

設計人員在作具體設計時，應該靈活考慮不同的位置條件。如果你設計的住宅前面，遮擋的物體不高，當然采用讓陽光越過遮擋建筑的屋頂照射進來的布置方式；如果建筑物都很高，就應該采用壓縮前后間距、拉開兩側距離，使陽光從遮擋體兩側斜向照射來的布置方式。因此在多層或低層住宅區，應該采用前者；而在高層、或者超高層住宅區，則常常以后者更為經濟。當然，也可以兩種方式結合考慮。

標準定得過高，也許會脫離我國的實際情況，遇到目前難以實用的問題。例如正東、正西向，在沒有任何遮擋的條件下，雖然看起來都能夠獲得整半天即4h的日照，但按科學日照指標計算起來，仍然達不到正午2h的日照要求。這確實有些令人難以接受。可是科學的東西，是來不得半點虛假的。當然，規范畢竟是人定的，必要時應該可以適當通融。例如有一條南北走向的主要馬路，因為兩旁沿街的店鋪，都是東西朝向的，難以做到都成鋸齒形。因此，在制定規范時，可以考慮在一定的條件下，適當降低指標要求。畢竟如前面所說：住宅日照標準的規定，說穿了只是個對居住者的心理影響和生活習慣問題。主要還是由規范制定者和實際設計者根據不同情況自行決定。

但是，高標準也可能因此充分調動廣大設計人員的聰明智慧。本指標提供了靈活布置外形和朝向的日照計算辦法，有望使設計者擺脫“方方正正”的老框框，激發靈感，設計出更多更好的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。讓現代化城市的面貌變得更加豐富多彩。

7 結論

上海城市規劃管理人員，本著對廣大居民日照環境絕對負責，具體規定了每天的有效日照時間（上午9點到下午3點）。這種以人為本的精神是十分難能可貴的。可是，隨著時間的推移、科技的進步與人們認識水平的提高，將某些規定適當調整，筆者認為是值得考慮的。

現行國家規范規定：“大城市在有效日照8～16時間帶內，大寒日不小于2h，冬至日不小于1h。”我們應該領會它是一個普遍適用的規定。其實，緯度不同的地區，陽光的紫外線效應相差很大。同樣冬至日正午1 h，哈爾濱的陽光紫外線絕對比不上北京的強，而北京也絕對比不上上海強。之所以同樣規定1h或2h，完全是出于心理上一視同仁的原則。其實仍然是不公平的。但是哈爾濱冬季取暖標準比北京高，上海則基本不采暖。這樣想，總的效果仍然是公平合理的。單純根據紫外線效應來決定有效日照時間，是不妥當的，也是很難推行的。

科學日照指標是采用科學發展觀的眼光，經過合理推演制定出來的。具有一定的前瞻性。它的根據是目前一般住宅的最高日照標準：即使冬至日，也能夠確保相當于每天中午不小于2h的日照。

但是畢竟因為筆者勢單力薄，人微言輕，該指標至今尚未受到足夠重視，也沒有通過任何鑒定。希望廣大讀者在試用中務必慎重，發現問題及時通告。筆者懇切期待著廣大讀者的批評賜教。

參考資料：

［1］中國建筑設計資料集（第二版）.中國建筑工業出版社.第一冊.P191.

［2］卜毅.建筑日照設計（第二版）.中國建筑工業出版社.P91.

［3］ 錢本德 .切實可行的日照標準.住宅科技，1995(7)，25.

［4］錢本德.南京玻璃纖維研究設計院.2010.6.11.