基于建筑日照標準的潛江市氣候資料分析

徐瓊芳　岳陽　杜燕妮

摘要：根據國家有關規范的建筑日照標準，利用潛江市氣象站近46年的氣候資料，對與建筑標準有關的氣溫數據、大寒和冬至日日照時數等進行分析。結果表明，潛江市處于建筑氣候區劃Ⅲ氣候區，按建筑日照標準，大寒日日照不低于3 h，潛江市日照間距系數為1.287～1.424。

關鍵詞：建筑；日照；氣候；區劃；潛江市

中圖分類號：P49 文獻標識碼：A 文章編號：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，地形復雜，由于地理緯度、地勢等條件的不同，各地氣候相差懸殊。因此針對不同的氣候條件，各地建筑的節能設計都有對應不同的做法。炎熱地區的建筑需要遮陽、隔熱和通風，以防室內過熱；寒冷地區的建筑則要防寒和保溫，讓更多的陽光進入室內。

建筑日照是根據陽光直射原理和日照標準，研究日照和建筑的關系以及日照在建筑中的應用，是建筑光學中的重要課題。研究建筑日照的目的是充分利用陽光以滿足室內光環境和衛生要求，同時防止室內過熱。加強對城市建筑日照的研究，為建筑設計部門提供氣象依據，十分必要。很多學者對建筑日照進行了研究[1-9]，取得一些成果，但對潛江市建筑日照的研究極少。本研究根據中國通常采用的建筑日照標準，對在建筑日照標準中潛江市氣候資料的幾個數據進行了分析。

1 資料與方法

1.1 資料

利用潛江市氣象站1971～2016年近46年的地面觀測資料，氣溫為逐月月平均氣溫數據，日照為逐日日照數據。資料經過嚴格檢驗，可用率為100%。

1.2 研究方法

1.2.1 建筑日照標準 根據國家有關規范[10]，按建筑氣候分區和城市規模大小將住宅日照標準分為3個檔次，即第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ氣候區的大城市不低于大寒日日照2 h；第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ氣候區的中小城市和第Ⅳ氣候區的大城市不低于大寒日日照3 h；第Ⅳ氣候區的中小城市和第Ⅴ、Ⅵ氣候區的各級城市不低于冬至日日照1 h。同時，老年人、幼兒的機能、生活規律及其健康需求決定了其活動范圍的局限性和對環境的特殊要求，為老年人、小孩服務的各項設施敬老院、老人公寓、托兒所、幼兒園等要有更高的日照標準，均高于住宅日照標準（表1）。

1.2.2 氣候區劃 建筑氣候區劃是出于使建筑更充分地利用和適應中國不同的氣候條件，達到因地制宜的目的。對中國進行的氣候區劃分[11]，建筑氣候區劃包括7個主氣候區，20個子氣候區。各氣候區以1月和7月平均氣溫作為主要氣候指標。

1.2.3 日照間距系數公式 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準時數的滿窗日照而保持的最小間隔距離。日照間距的計算方法：以房屋長邊向陽，朝陽向正南，正午太陽照到后排房屋底層窗臺為依據進行計算。日照間距系數是根據日照標準確定的房屋間距與遮擋房屋檐高的比值。日照間距系數，與日照標準、地理緯度、建筑物朝向等因素有關，當建筑物為南向或南偏東（西）時，計算公式為：

I=ctgh·cos（A-B） （1）

式中，I是日照間距系數；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計算公式為：

sinh=sinΧ·sinδ+cosΧ·cosδ·cosω （2）

太陽方位角A計算公式為：

sinA=cosδ·sinω/cosh （3）

公式（2）、（3）中，Χ是當地的地理緯度；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，夏半年為正；ω是時角，上午為負，下午為正，正午為零，按地球每自轉一周24 h計，每1 h為15°。當建筑物朝向為東（西）向時，式（1）改為：

I=ctgh·cos（90°-A）=ctgh·sinA （4）

2 結果與分析

2.1 潛江市在建筑氣候區劃中的氣候區

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1月平均氣溫0～10 ℃和Ⅴ氣候區1月平均氣溫0～13 ℃指標。

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7月平均氣溫25～30 ℃和Ⅳ氣候區7月平均氣溫25～29 ℃指標。endprint

結合潛江市氣象站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劃Ⅲ氣候區。

2.2 潛江市大寒日日照時數

大寒是二十四節氣中的最后一個節氣，是反映天氣寒冷程度的節氣。時間在每年的1月20日左右。每年1月20日前后太陽到達黃經300°時為大寒，這時寒潮南下頻繁，是潛江市一年中最冷時期，風大，低溫，地面積雪不化，呈現出冰天雪地、天寒地凍的嚴寒景象。

由圖3可知，潛江市1971～2016年大寒日照平均時數為2.7 h，最大值出現在2014年，為8.8 h。

2.3 潛江市冬至日日照時數

冬至，華夏二十四節氣之一、八大天象類節氣之一，與夏至相對。冬至在太陽到達黃經270°時開始，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間最短，當建筑物在冬至日能獲得一定的日照時間時，全年的日照時間就都可以滿足。

由圖4可知，潛江市1971～2016年冬至日日照平均時數為4.0 h，最大值出現在1975年冬至日，為8.9 h。

2.4 日照間距系數的分布

將有關數據代入日照間距系數公式，即可求得不同情況下的日照間距系數。

潛江市地理坐標東經112°54′，北緯30°25′，北京時與潛江市當地真太陽時有30 min左右時間差。

冬至日太陽赤緯角-23°26′，日出時間07：21，日落時間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′，日出時間07：25，日落時間17：54，正午天陽高度角39°25′，日落太陽方位角66°50′。

按建筑日照標準規定，有效日照時間帶為每日8：00～16：00，潛江市冬至日、大寒日8：00～16：00的日照間距系數見表2、表3。

潛江市為中小城市，處于建筑氣候區劃Ⅲ氣候區，按建筑日照標準，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為1.287～1.424。

3 小結與討論

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準Ⅲ氣候區指標。

2）潛江市1971～2016年大寒日日照時數平均為2.8 h，2014年大寒日照時數最大值為8.8 h。1971～2016年冬至日日照平均時數為4.0 h，最大值出現在1975年，為8.9 h。

3）大寒日的日照間距系數明顯小于相同情況下冬至日的日照間距系數。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，大寒日的日照間距系數比冬至日要小。

4）同為冬至日或大寒日，要求的日照時間越長，其日照間距系數就越大。

5）潛江市為中小城市，處于建筑氣候區劃Ⅲ氣候區，按建筑日照標準，大寒日日照不低于3 h，潛江市日照間距系數為1.287～1.424。

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[11] GB 50352-2005，民用建筑設計通則[S].endprint