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(jì)算了邵陽水平面各墻壁的日照時(shí)數(shù)、直達(dá)輻射量、建筑物陰影、各向墻壁日照時(shí)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(jì)理念是在規(guī)劃建筑方案設(shè)計(jì)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(jì)等需要，合理組織和處理各建筑元素，創(chuàng)造出有助于促進(jìn)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(jì)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(jì)問題;而謝在永［3］則從住房形式與氣溫關(guān)系進(jìn)行了研究，分析了我國東北地區(qū)房屋設(shè)計(jì)中保暖、防寒和采暖的問題。在建造房屋時(shí)，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(jì)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(fèi)。因此，在建造房屋前，必須詳細(xì)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(jì)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(shí)期的太陽赤緯和各時(shí)相應(yīng)的時(shí)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(shí)太陽方位角(A)和高度角(h)

由計(jì)算公式 sinAh=0=cosg(1-tg2δtg2ф)1/2可計(jì)算出日出日沒時(shí)的太陽方位角。一年中，邵陽日出日沒時(shí)的方位角有如圖1所示的變化。將一天中各時(shí)的太陽高度角和方位角點(diǎn)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(shí)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(shí)的太陽方位角三點(diǎn)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(shí)刻和日照長短。這時(shí)，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(shí)期太陽視軌跡線的交點(diǎn)即可。

3 各向墻壁受太陽光照射時(shí)間和直達(dá)輻射量

3.1 直接照射時(shí)間

各向墻壁受太陽直射時(shí)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(gè)上午受到太陽的直射，西墻則是整個(gè)下午。北墻在整個(gè)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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)間，正是南墻受到直射的時(shí)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(gè)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(shí)候都是整個(gè)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(dá)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(dá)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(dá)輻射強(qiáng)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(dá)15.3 MJ/m2。隨著墻壁朝向偏離正南方，太陽直達(dá)輻射的日總量迅速減少。這時(shí)水平面是一年中太陽直達(dá)輻射日總量最少的，只及夏至前后的1/3，相當(dāng)于同時(shí)期南墻上直達(dá)輻射日總量的60%左右。夏至前后，南墻上太陽直達(dá)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(dá)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(dá)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(dá)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(shí)，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(shí)刻的太陽方位角有關(guān)。直立棒的陰影在太陽與棒地交點(diǎn)連線于水平面上投影的相反方向上。根據(jù)一日中各時(shí)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(gè)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(gè)時(shí)刻。從日影曲線圖中，不僅可以查出一個(gè)物體陰影的日變化，還可以看出一個(gè)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?yàn)闁|北風(fēng)，頻率為22%，加上相距僅15°兩個(gè)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(qiáng)。因此夏天，室內(nèi)要避免陽光直接進(jìn)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(jìn)入室內(nèi)，以保持室內(nèi)暖和舒適。冬夏都有一個(gè)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(shí)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(jìn)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(shí)南墻上的窗戶受太陽直射的時(shí)間最短，直接進(jìn)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(jìn)入室內(nèi)，同時(shí)向南的窗戶整天均可受到太陽的直射，從窗戶進(jìn)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(diǎn)，能減少冬季采暖和夏日防暑降溫的費(fèi)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(jìn)入室內(nèi)，使人感到陰冷潮濕，沒有舒適感。

東、西兩個(gè)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(jìn)入室內(nèi)是有益的。夏天，大量陽光進(jìn)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(shí)，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(jìn)入室內(nèi)，同時(shí)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(shí)滿窗日照不少于2 h。對于南北向房間，要使冬至日照時(shí)數(shù)達(dá)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(bào)，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。