确定住宅建筑日照间距的棒影图综合分析法

合肥工业大学学报(自然科学版)

JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

Vol.24No.2Apr.2001

确定住宅建筑日照间距的棒影图综合分析法

黄　农1,　姚金宝2,　瞿　伟3

(1.合肥市规划局,安徽合肥　230001;2.合肥工业大学土木建筑工程学院,安徽合肥　230009;3.昆明理工大学建筑工程学院,云南昆明　650051)

摘　要:住宅建筑日照分析是城市居住区规划设计中的一项重要工作内容。对于正南向布置的住宅按照各地正南向住宅的标准日照间距系数计算即可,但是对于不同朝向的住宅或老城区、周围建筑密集区的住宅,日照间距的确定较为困难。文章提出利用棒影日照图综合分析确定住宅建筑日照间距,对于解决这类问题是一种可靠实用的方法。关键词:城市规划;居住区规划设计;住宅建筑日照间距;棒影日照图

中图分类号:TU984.12;TU113.3　　　文献标识码:A　　　文章编号:1003-5060(2001)02-0217-05

Generalanalyticalmethodtogettheresidentialbuildings

insolationintervalbyusingsticksunlightshadowchart

123

HUANGNong,　YAOJin-bao,　QUWei

(1.HefeiCityPlanningBureau,Hefei230001,China;2.SchoolofCivilEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China;3.SchoolofCivilEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650051,China)

Abstract:Theresidentialbuildingsinsolationintervalanalysisisanimportantjobinthefieldofurbanresidentialdistrictplanninganddesign.Theinsolationintervalofthebuildingsfacingtothesouthcanbegotbythestandardcoefficientofsuchbuildingsinsolationinterval.Buttothebuildingswhichwillbebuiltintheoldcityzoneortowardsothersidesthanthesouth,thebuildingsinsolationintervalisdifficulttodetermine.Thispaperproposesageneralanalyticalmethodtogettheresidentialbuildingsinsolationintervalbyusingsticksunlightshadowchart.Themethodisprovedtobereliableandpractical.

Keywords:cityplanning;urbanresidentialdistrictplanninganddesign;insolationinterval;sticksunlightshadowchart

residentialbuildings

住宅建筑需要适宜的日照,主要目的是为了能使室内有良好的卫生条件,起消灭细菌和干燥潮湿房间的作用,以及在冬季能使房间获得太阳辐射热而提高室温。因此合理地确定住宅建筑之间的距离及朝向、高度等,是住宅建筑规划设计的一项重要工作。同时,合理地确定住宅建筑间距,涉及到广大城市居民的切身利益。近年来,城市建设用地十分紧张,有些建设单位从经济利益的角度出发,总想将建筑容积率加大,违法建设,造成建筑物周围居民住宅日照时间不能满足规范要求,此类上诉案例时有发生。另

收稿日期:2000-07-31

作者简介:黄　农(1956-),男,安徽金寨人,硕士,合肥市规划局高级工程师.

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外,城市居民维护自身合法权益的法律意识日渐增强,一些人对自己居住地周围即将建设或正在建设的楼房往往会产生担心自己家中照射不到阳光的疑虑,要求建设单位或规划部门给出一个满意的答复。目前,国内住宅建筑日照间距的确定,执行国家标准及各地规划管理部门制定的有关技术规定。其主要办法是根据建筑气候分区制订出大寒日或冬至日在一天中有效日照时间带范围内,日照时数不低于控制数值。由此确定出正南向住宅的标准日照间距系数及不同方位间距折减系数,用以计算出住宅建筑的日照间距控制值。

上述方法在实际规划设计工作中,对于相邻建筑比较规则简单的情况是实用便利的,但对于城市中心区,周围建筑十分拥挤或地形比较复杂的情况,住宅建筑日照间距的确定比较困难,同时也很难给建筑周围的居民一个明确、直观的解释。为此,本文提出了确定住宅建筑日照间距棒影图综合分析法。

[1]

1　棒影日照图的绘制

1.1　棒影数值计算为

H′=H cothsAs′=As+180°

根据日照原理,则

cosT=(sinhs sinH-sinW)/(coshs cosH)sinhs=sinH sinW+cosH cosW cosK

式中　H——地理纬度,即建筑物所在城市的地理纬度

W——太阳赤纬角,即太阳光线与地球赤道面所夹的圆心角

K——时角,即一天中地球自转在不同时刻的时角hs——太阳高度角,即太阳光线与地平面间的夹角

As——太阳方位角,即太阳光线在地平面上的投影线与地平面正南线所夹的角

1.2　计算中的若干问题

[1]

(1)地理纬度H　各城市的地理纬度不同,可根据当地有关部门的资料获得,也可参阅有关规范条文说明。

地理纬度H的取值微差,可通过计算分析误差,对棒影长度的影响较小(见表1),可忽略不计。

表1　棒影长度表(W=-20°0′0″,H=1m)

时　刻12∶0011∶0010∶009∶008∶00

h=31°51′1.2731.3671.6832.4054.4

h=

31°53′

m

[1～3]

假设垂直立于地面上的任意棒的棒高H,该棒在某一时刻棒影的长度H′,影的方位角As′关系式

(1)(2)(3)(4)

误差/(%)

0.160.070.120.120.13

1.2751.3681.6852.4084.470

(2)太阳赤纬角W　赤纬角W值在每年同日期都有微差,赤纬角W值的日变化在大寒日有十多秒,在冬至日仅数秒。根据1970～

2000年30年的天文资料可以得到W的最大值:

大寒日　W=-20°17′

冬至日　W=-23°27′[4]

第2期　　　　　　　黄　农,等:确定住宅建筑日照间距的棒影图综合分析法

(3)地方时与北京标准时式中　T0——北京标准时间

Tm——地方平均太阳时

Lm——当地时间子午圈所处的经度Ep——均时差

[1,5]

219

　地方平均太阳时与北京标准时的转换关系为T0=Tm+4(120°-Lm)+Ep

(5)

　　一年中Ep值变化的范围为-14.3～16.4min,可从有关天文资料中获得。涉及到冬季日照的均时差值:大寒日为-10min55s,冬至日为1min45s(1970～2000年30年天文资料

[4]

中Ep的平均值)。

我国地域广阔,东西时差约4h,一般在进行日照分析中,采用当地平均时。当所在城市与北京市所处的地理经度相差不大时,也可采用北京标准时,只是正午的时间不是北京时间12∶00,而存在一个时

差。例如,合肥市地理经度117°18′,由(5)式计算可知,大寒日当地平均时与北京标准时相差约1min,冬至日约13min。

1.3　计算结果

根据上述日照原理,利用软件计算出建筑物所在地大寒日或冬至日中各时刻棒影的hs、As、H′、As′值,时间步长可根据实际需要自定,通常取0.5h或1h。棒高值即由建筑物的相对高度确定。计算结果见表2所列。

表2　棒影长度计算结果

时　　刻12∶0011∶00　13∶0010∶00　14∶009∶00　15∶008∶00　16∶007∶00　17∶00日出　日落

As0°　0′　0″17°　26′　40″32°　57′　57″45°　49′　23″56°　17′　24″°　59′　43″65°　54′　49″

hs

37°　52′　0″35°　55′　17″30°　28′　10″22°　21′　44″12°　26′　30″1°　20′　2″0°　0′　0″

影长/m1.291.381.702.434.5342.94∞

　　　　　　　　　　　　注:地理纬度:31°51′0″;赤纬:-20°17′;棒高:1m。

1.4　棒影日照图绘制

根据上述计算得到的数据,利用计算机软件AutoCAD自动绘制出棒影日照图,并存在图形文件中,供下一步分析时调用,图中比例可根据需要自行选定,所绘棒影日照图,见图1所示。

2　住宅窗口有效水平采光角

图1　棒影日照图

室内日照时间多少,与窗口的形状、大小、朝向及外墙厚度等因素有关。

2.1　窗口水平采光角θ1

如图2所示,在窗口平面的4个墙角点A、B、C、D对角线的延长线所构成的水平角,即为窗口的水平采光角θ在θ1。1角度以外,阳光均被墙体遮挡,无法射入室内。

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2.2　窗口有效水平采光角θ

从图2中可以看出,在角θ1靠近A、D的两侧,虽然阳光可以射入窗内,但是日照量很小,且通常照在室内墙面上,此时太阳位置较低,日照效果差。为此,本文提出采用窗口有效采光角θ。从图3中可以看出,将窗口外墙A、D两点与窗口内墙B、C两点的中点E相连,AED即为窗口有效水平采光角θ。在角θ范围内,阳光至少可以通过窗口宽度的一半射入室内,使室内获得较好的日照效果。

图2　窗口水平采光角　　　　　　　　　　　　　图3　窗口有效水平采光角

2.3　窗口有效水平采光角图

各种宽度的窗口水平采光角θ1与有效水平采光角θ,见表3所列。根据窗户的实际尺寸,可绘出窗口有效水平采光角图,如图4所示。

表3　窗口有效水平采光角

窗口宽度b/mm1000120015001800

有效水平采光角

θ128°43′136°24′144°31′150°08′

水平采光角

θ1153°01′157°23′161°49′1°49′

θ1-θ24°18′20°59′17°18′14°41′

图4　窗口有效水平采光角图

　　　　注:墙厚d=240mm。

3　棒影日照图综合分析法步骤

3.1　基础资料

为了进行棒影日照图综合分析,建设单位应提供拟建建筑的基础资料:①规划部门批准的建筑规划设计条件;②建筑用地规划红线;③建筑所在地现状地形图;④建筑设计图纸,使用功能、主要经济技术指标等;⑤拟建建筑物周边现状建筑资料。

3.2　外业查勘

由于城市大比例地形图若干年才更新一次,建设单位项目报建所使用的地形图往往与实际现状有出入,现场查勘的目的在于查清拟建建筑物周围已建建筑的现状情况,包括建筑物的层高、方位朝向、建设年代、建筑类别、底层窗台高度及窗户宽度等。另外,周边的地形及标高也应详细核实。3.3　内业处理

(1)将地形图、建筑用地红线、拟建建筑物总平面规划布置图和外业查勘现状数据等输入计算机。(2)建筑日照计算高度(棒高)确定

棒高确定分3种情况:①地形平坦,可视前后2栋建筑物高差为零,则棒高H棒=H-H1,其中H1

为后栋建筑底层窗台面离室外地面高度,见图5a所示。②建筑位于向阳坡,则棒高H棒=H-H1-H2,其中H2为前后2栋建筑物室外地面高差,见图5b。③建筑位于背阳坡,则棒高H棒=H+H2-H1,见图5c所示。

根据拟建建筑物周边现状情况,找出有可能对后面住宅建筑日照有影响的所有建筑物,并确定它们

第2期　　　　　　　黄　农,等:确定住宅建筑日照间距的棒影图综合分析法221

　　(a)　　　　　　　　　　　　　　　　(b)　　　　　　　　　　　　　　　　　(c)

图5　确定棒高的3种情况

的相应计算棒高。

(3)计算、绘制棒影日照图

应用相应软件,计算出各栋建筑物的棒影数值,绘制出各栋建筑物的棒影日照图。

(4)图形叠加

将各栋建筑棒影日照图相互叠加并旋转180°,形成综合棒影日照图块。

(5)综合分析

将综合棒影日照图块、窗口有效采光角图(各类图以不同色彩区分)叠加到需要做日照分析的住宅建筑平面图上,逐栋建筑、逐点进行搜索分析,根据棒影日照原理,可以直观判断出建筑物各点受到日照的时间,确定被分析住宅建筑日照时间是否满足规范要求。

(6)规划方案调整

[1]

住宅建筑日照时间不满足规范要求时,必须调整建筑间距及规划方案,直到满足日照要求。

[1]

4　结束语

(1)采光、通风、消防、防震、管线埋设及避免视线干扰等方面对建筑间距的要求,由相应的技术规范或规定提出,综合考虑。

(2)利用棒影日照图综合分析法进行建筑日照分析,具有理论可靠,计算、绘图准确方便、分析全面的特点,是一种实用的住宅建筑规划设计工具。在解决城市中心建筑拥挤、环境复杂地区的规划工作中,具有独特的优点。

(3)本方法所提供的建筑日照分析报告,给出详细的计算数据、分析图,结论明确,效果直观,说服力强。

[参　考　文　献]

[1]　GB50180-93,城市居住区规划设计规范[S].

[2]　西安冶金建筑学院,华南工学院,重庆建筑工程学院,等.建筑物理[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.107-117.[3]　同济大学.城市规划原理[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.440-449.[4]　中国科学院紫金山天文台.天文年鉴[M].北京:科学出版社,1970～2000.6-21.[5]　卜　毅.建筑日照设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1988.66-92.

(责任编辑　杨伯源)