牛炳玲 ，李紀偉 ，蘇越怡 （河北大學建筑工程學院，河北 保定 071002）

1 引言

上世紀末開始，我國城市規(guī)模不斷擴大，城市人口逐漸增加，城市空間面貌不斷改變。為了應對城市人口的增長，城市土地的不足，我國提出了發(fā)展緊湊型城市的要求。在這種情況下開始加快高層建筑建設，城市建筑密度越來越高。雖然這種方法較好地解決了城市用地和人口增長問題[1]，但是高密度的建設方式同樣產生了較多問題，如建筑日照、建筑通風等。而且高層建筑幾何條件越來越復雜，城市空間的日照環(huán)境也越來越復雜，因此，需要對高密度城市空間的日照情況展開研究。

2 國內外日照設計現狀

目前我國進行日照分析或研究通常采用眾智、斯維爾等軟件，國外則通常使用 UK.SHADOWPACK、TOWNSCOPE、GOSOL等。目前我國在日照設計中，通常以大寒日為計算日期，通過計算建筑的滿窗日照時間，來判斷是否達到日照要求，通常以2h或3h為判斷依據。國外的日照標準與我國略有不同，荷蘭的日照計算時間為2月19日，判斷標準是以建筑內窗臺中點為計算點，測試日照時數，法國則對全年和每日的日照時間都提出了要求[2]，日本則根據建筑用地紅線作為計算基準，要求在用地紅線10m以外不能產生日照陰影[3]。可見目前國內外的法規(guī)和標準都是停留在對平面上的日照時數的要求，而高密度城市中空間日照環(huán)境尤為復雜，單純依靠平面分析很難考查出建筑空間中的日照情況，也不能分析出高密度建筑空間的太陽能利用潛力情況[4]，因此有必要對高密度城市空間中的日照情況進行分析，研究空間中的太陽能利用潛力。

3 城市建筑密度區(qū)位分析

城市中建筑密度分布并不均勻，通常情況是老城區(qū)建筑密度低，新城區(qū)建筑密度高，研究高密度城市首先需要研究城市建筑布局情況。以保定市為例對城市高建筑密度布局情況進行分析，首先在衛(wèi)星圖進上進行截取，然后進行矢量處理，再將其色階進行調整，將其建筑所形成的陰影區(qū)繪制成圖，如圖1所示。低層建筑或者多層建筑的陰影較小，高層建筑形成的陰影面積較大，如圖中A、B、C位置。通過這張?zhí)幚磉^的地圖發(fā)現保定市城市北部的顏色較深，其次是東部。而南部和西部顏色較淺，并且深色區(qū)域集中在北部以及東部的周邊，尤其是東北部集中了大部分的陰影面。由此可以分析出，保定市的高層建筑基本分布在保定市中心城區(qū)的周邊，這是因為保定市的中心區(qū)域為老城區(qū)，而周邊有較大的場地。另外通過這張圖發(fā)現保定市的高層建筑基本分布在保定市的北側及東北側，這是由于保定市較為重視北部以及東北部的發(fā)展。綜合上述分析，研究將選取保定市北部某高層居住區(qū)作為研究對象，研究高密度城市日照規(guī)律。

4 高密度建筑空間日照分布情況

4.1 案例選取

圖2 小區(qū)總平面圖及建筑編號

以保定市北部某高層建筑小區(qū)為例進行分析，提取總圖并進行編號，如圖2所示。小區(qū)住宅中南向立面窗沿下均安裝有太陽能熱水器，但由于層數不同，同一立面上不同高度的日照情況可能有所不同。因此，需要對建筑不同空間高度的日照情況進行分析，找到規(guī)律，分析太陽能利用潛力。根據保定市城市規(guī)劃管理規(guī)定，遮擋建筑為高層建筑及多、高層建筑混合布置時，需要進行綜合日照分析，根據規(guī)范對選定小區(qū)進行日照分析，主要對空間中的立面進行分析，所得立面日照結果如圖3所示。

4.2 整體日照情況分析

從整體立面日照分析圖中可看出該小區(qū)立面日照基本能夠滿足保定地區(qū)日照標準要求，但每棟樓的日照輻射情況各有不同，差異較大。通過統(tǒng)計分析可以發(fā)現該小區(qū)高層建筑中的1到3層中，只有7%的建筑日照時間可以達到8h，11%的建筑日照時間可以達到7h，13%的建筑日照時間可以達到6h，18%的建筑日照時間可以達到5h，37%的建筑日照時間可以達到4h，大約64%的建筑日照時間在3h以內。

圖3 小區(qū)立面日照分析

4.3 立面區(qū)段日照情況分析

繼續(xù)針對立面進行更深入的分析，選取每3層作為一個區(qū)段進行分析。

1～3層區(qū)段日照情況分析，除第一排的1～3號樓和第二排的3～10號樓外，該小區(qū)1到3層的日照時間大部分在3h左右或不足3h，30%左右建筑的1～3層日照時間在2h及以下，隨著樓層向北布置逐漸趨近2h，日照輻射條件較差?？梢钥闯鲈撔^(qū)1到3層的太陽能構件在冬季時候大部分時候會處于無法正常工作狀態(tài)，建筑獲得的日照輻射也較為有限。

4～6層區(qū)段日照情況分析，在該區(qū)段大約14%的日照時間可達到8h左右，16%的建筑日照時間可達到6h，17%的日照時間可達到5h，37%的建筑日照時間可達到4h，63%的日照時間在4h以下。立面日照時間隨著樓層向北布置逐漸趨近2h，日照情況同樣不太理想。

7～10層區(qū)段日照情況分析，大約14%的建筑日照時間可以達到8h，17%的建筑日照時間可達到6 h，21%的建筑日照時間可達到5 h，50%的建筑日照時間可達到4 h，日照情況有所改善。

該小區(qū)的11層到14層立面日照時間隨著樓座從南向北布置逐漸由8 h向4 h趨近，15層到18層立面日照時間從南向北逐漸由8 h向5 h趨近，19層到22層立面日照時間從南向北逐漸由8 h向6h趨近，23層到25層立面日照時間從南向北逐漸由8h向7h趨近，26層以上建筑立面日照時間基本能夠全部達到8h以上。

5 高密度建筑空間利用太陽能利用分析

我國制定了相關政策推動太陽能建筑的快速發(fā)展，在此之下，各個城市開始推廣太陽能技術在建筑中進行應用。但是，隨著城市化過程的加速，建筑密度不斷提高，高大的建筑會對后排建筑產生遮擋，日照輻射削弱比較嚴重，太陽能構件獲得的能量也會減少，建筑對太陽能的利用總量也會減少。冬季氣溫低，日照時間短，日照輻射的能量主要集中在早上9:00至下午15:00，占全天90%以上[5]，我國《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應用技術規(guī)范》中對建筑太陽能利用提出要求，要求應滿足不少于4h的日照[6]。

通過對保定地區(qū)高密度城區(qū)立面日照環(huán)境進行分析可以發(fā)現，在高密度建筑居住區(qū)，以第一、第二排建筑對太陽能利用潛力最高，均可以達到4h以上的太陽能利用日照時數要求；第三、四排建筑7層以下大部分建筑立面不能滿足4h日照時數要求；第四、五排建筑11層以下大部分建筑立面不能滿足4h日照時數要求。因此通過研究可以發(fā)現，在本小區(qū)太陽能構件安裝時并不需要每戶都進行安裝，在前兩排可以全部安裝，三、四排7層以上住戶安裝，四、五排11層以上住戶安裝。

可見，在高密度城區(qū)布置太陽能構件時需要考慮空間中的日照輻射分布情況，根據立面上的日照分布情況進行布置，才能最大的發(fā)揮太陽能構件的利用價值，挖掘出最佳的太陽能利用潛力。

6 結語

我國寒冷地區(qū)城市太陽能資源豐富，但是在太陽能利用時需要考慮高密度城市所帶來的影響，充分考慮空間中的太陽輻射分布情況，根據高層建筑周邊的環(huán)境，對高層建筑街區(qū)形態(tài)進行調整，挖掘太陽能利用潛力。同時，要分析高層建筑的空間日照情況，根據太陽輻射在高層建筑空間分布情況與特點，適當布置太陽能構件，充分發(fā)揮太陽能構件的利用潛力。