從氣象角度探討日照對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）

在對哈爾濱市的太陽高度角、方位角進行了統計分析的基礎上，根據氣候、地理特點，研究哈爾濱市建筑工程設計中日照的一般規律，為哈爾濱市確定街道、住宅小區方位及布局和建筑物的最佳朝向提供了合理的依據。采用太陽真時計算出哈爾濱市太陽高度角h、太陽方位角A，并分析出其與時間的關系，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濟效益提供依據，而且還為建筑工程和住宅小區商品房推銷提供了可靠的氣象科學依據。

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，勢必多占用土地；而間距小，又將影響環境衛生及居民的健康。同一地理緯度的同一日照標準，小城市能達到的中等城市不一定能達到，大城市可能很難達到。而北緯40°以上、第Ⅰ建筑氣候區的長春、沈陽、哈爾濱、牡丹江、齊齊哈爾、佳木斯等城市的現行住宅間距則連大寒日日照1h也未能達到。因此，如何合理地選擇建筑間距是規劃設計中非常重要的一個問題。結合其它的綜合條件，使小區內的絕大部分建筑物，均能得到良好的日照條件是必須慎重考慮的一個問題。本文通過計算出哈爾濱市每天有效日照時段的太陽高度角，再根據建筑日照間距的計算公式，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商品房推銷提供了可靠的氣象科學依據。

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。哈爾濱地區如按國家所規定新建住宅日照標準大寒日2 h應為房高的2.15倍，但目前執行的新區住宅日照間距為房高的1.8倍，舊區住宅日照間距為1.5倍房高，明顯低于國家規定的日照標準。

3 哈爾濱市太陽高度角與太陽方位角的計算

在一年四季中，太陽距觀測地點的位置是變化的，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 太陽赤緯的計算

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

式中N為積日，所謂積日，就是日期在年內的順序號，

表1 哈爾濱市各月太陽赤緯的數值

圖1 哈爾濱市各月太陽赤緯

3.2 太陽高度角的計算

對于地球上的某個地點，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量的最重要的因素。我們用h來表示這個角度，它在數值上等于太陽在天球地平坐標系中的地平高度。

式中：δ稱太陽赤緯，可以用（1）式計算；

φ表示觀測地地理緯度，哈爾濱市φ＝45°45′；

午后時角為正，午前時角為負；日照設計所用的時間為地方太陽時，它所表示的真太陽時與時鐘不同，故需要進行換算。所為地方太陽時是以太陽通過當地子午線為下午12:00所推算出的時間。精確的地方太陽時與標準時之間的轉換關系為：

式中：Tm稱地方平均太陽時（時：分）；L0表示標準時間子午圈所處的經度（度）；

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

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°；其他時段的太陽高度角隨季節變化情況與此類似（見表2）。

表2 哈爾濱市各月10:00～15:00太陽高度角數據

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）式計算；φ表示觀測地地理緯度，哈爾濱市φ＝45°45′；h稱太陽高度角，可以用（5）式計算；

4 哈爾濱市日出或日落時間

因為日出日落時太陽高度角為0，我們可以利用太陽高度角公式，計算出日出日落時間。

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

表3 哈爾濱市各月10-15時太陽方位角數據

表4 哈爾濱市各月日出與日落的時間

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、高度和長度及日照標準等因素決定。

式中：D表示建筑所需的日照間距；H0表示前棟建筑物計算高度，指前棟建筑總高度減去后棟建筑底層窗臺高度；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）式計算出哈爾濱市冬至日日照間距系數。

表5 哈爾濱市冬至日日照間距與建筑物朝向及時間的關系

由表5可以看出，隨著α的增大，l變小，但α角不宜超過40°，因為α過大,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，即變為東、西廂房（并受冬季西南風的影響較大）。

綜上所述，在達到日照標準的前提下，如果建筑方位在5°時，日照間距系數可取2.61；取至2.72的話，可延長日照時間1 h。建筑方位在35°時，系數可取2.15，并能延長2 h日照時間。

在哈爾濱市以和興路為例，和興路規劃建筑方位角為3° 42′，故系數可取2.7,并能延長2 h日照時間。漢廣街規劃建筑方位角為30°，故系數可取2.27，并能延長2 h日照時間;紅旗大街規劃建筑方位角為1°30′，故系數可取2.7，并能延長1 h日照時間。其它地區可參考上面的計算公式和表5來確定。如果地形起伏的地區，就應具體考慮地形對日照的影響，使系數取得更加優化合理。

1002－252X（2010）04－0017－03

2010－8－6

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