从气象角度探讨日照对哈尔滨市建筑间距的影响

张海玉，王莹，宋丽萍，汪喜江

（哈尔滨市气象局，黑龙江哈尔滨 150080）

从气象角度探讨日照对哈尔滨市建筑间距的影响

张海玉，王莹，宋丽萍，汪喜江

（哈尔滨市气象局，黑龙江哈尔滨 150080）

在对哈尔滨市的太阳高度角、方位角进行了统计分析的基础上，根据气候、地理特点，研究哈尔滨市建筑工程设计中日照的一般规律，为哈尔滨市确定街道、住宅小区方位及布局和建筑物的最佳朝向提供了合理的依据。采用太阳真时计算出哈尔滨市太阳高度角h、太阳方位角A，并分析出其与时间的关系，并列出图表。这些研究成果，不仅为如何更加合理地使建筑用地获得最佳的经济效益提供依据，而且还为建筑工程和住宅小区商品房推销提供了可靠的气象科学依据。

日照；太阳高度角；太阳方位角；建筑日照间距

1 引言

大城市人口集中，因此城市用地紧张的矛盾比一般中小城市要大，建筑间距大，势必多占用土地；而间距小，又将影响环境卫生及居民的健康。同一地理纬度的同一日照标准，小城市能达到的中等城市不一定能达到，大城市可能很难达到。而北纬40°以上、第Ⅰ建筑气候区的长春、沈阳、哈尔滨、牡丹江、齐齐哈尔、佳木斯等城市的现行住宅间距则连大寒日日照1h也未能达到。因此，如何合理地选择建筑间距是规划设计中非常重要的一个问题。结合其它的综合条件，使小区内的绝大部分建筑物，均能得到良好的日照条件是必须慎重考虑的一个问题。本文通过计算出哈尔滨市每天有效日照时段的太阳高度角，再根据建筑日照间距的计算公式，可以得出哈尔滨市建筑物的最佳朝向。这些研究成果，为建筑工程和住宅小区商品房推销提供了可靠的气象科学依据。

2 哈尔滨市自然情况

哈尔滨市位于45°45′N、126°46′E附近，属于北方寒地城市。哈尔滨地区如按国家所规定新建住宅日照标准大寒日2 h应为房高的2.15倍，但目前执行的新区住宅日照间距为房高的1.8倍，旧区住宅日照间距为1.5倍房高，明显低于国家规定的日照标准。

3 哈尔滨市太阳高度角与太阳方位角的计算

在一年四季中，太阳距观测地点的位置是变化的，主要以太阳的高度角来表示，太阳高度角又受到纬度和太阳赤纬的影响。

3.1 太阳赤纬的计算

太阳赤纬是一个随季节变化而变化的量（见表1），在春分和秋分时，太阳赤纬为0。；在夏至和冬至时，太阳赤纬分别为23°23′和一23°23′。

式中N为积日，所谓积日，就是日期在年内的顺序号，

表1 哈尔滨市各月太阳赤纬的数值

图1 哈尔滨市各月太阳赤纬

3.2 太阳高度角的计算

对于地球上的某个地点，太阳高度是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角。太阳高度是决定地球表面获得太阳热能数量的最重要的因素。我们用h来表示这个角度，它在数值上等于太阳在天球地平坐标系中的地平高度。

式中：δ称太阳赤纬，可以用（1）式计算；

φ表示观测地地理纬度，哈尔滨市φ＝45°45′；

午后时角为正，午前时角为负；日照设计所用的时间为地方太阳时，它所表示的真太阳时与时钟不同，故需要进行换算。所为地方太阳时是以太阳通过当地子午线为下午12:00所推算出的时间。精确的地方太阳时与标准时之间的转换关系为：

式中：Tm称地方平均太阳时（时：分）；L0表示标准时间子午圈所处的经度（度）；

Lm表示地方时间子午圈所处的经度（度）；4（L0－Lm）表示时差（分）；Ep表示均时差（分）；考虑到日照设计中所用的时间不需要那样精确，为简化起见，修正值Ep通常忽略不计。

由图2可以看出，中午12:00，6月份太阳高度角最大，为66.9°左右，12月份最小，仅为20.71°左右，相差46.19°；其他时段的太阳高度角随季节变化情况与此类似（见表2）。

表2 哈尔滨市各月10:00～15:00太阳高度角数据

图2 哈尔滨市各月太阳高度角

3.3 哈尔滨市太阳方位角的计算

太阳光线一在平面上的投射线与地平面正南线所夹的角，称为太阳方位角As，（见表3）。

式中：δ称太阳赤纬，可以用（1）式计算；φ表示观测地地理纬度，哈尔滨市φ＝45°45′；h称太阳高度角，可以用（5）式计算；

4 哈尔滨市日出或日落时间

因为日出日落时太阳高度角为0，我们可以利用太阳高度角公式，计算出日出日落时间。

由表3可以看出，哈尔滨市12月份日照时间最短还不到9 h，而6月份日照时间最长超过15 h。

表3 哈尔滨市各月10-15时太阳方位角数据

表4 哈尔滨市各月日出与日落的时间

图3 哈尔滨市各月太阳方位角

5 哈尔滨市建筑日照间距的计算

建筑日照间距指前后两排南向房屋之间，为保证后排房屋在冬至日底层获得不低于一小时的满窗日照而保持的最小间隔距离。建筑物的日照间距与建筑用地的地形、朝向、高度和长度及日照标准等因素决定。

式中：D表示建筑所需的日照间距；H0表示前栋建筑物计算高度，指前栋建筑总高度减去后栋建筑底层窗台高度；h表示太阳高度角；A表示太阳方位角；α表示墙面法线与正南方向的夹角。

可以用（10）式计算出哈尔滨市冬至日日照间距系数。

表5 哈尔滨市冬至日日照间距与建筑物朝向及时间的关系

由表5可以看出，随着α的增大，l变小，但α角不宜超过40°，因为α过大,l虽然可取小，但日照集中在上午或下午，因而辐射能量减小，再大的话，即变为东、西厢房（并受冬季西南风的影响较大）。

综上所述，在达到日照标准的前提下，如果建筑方位在5°时，日照间距系数可取2.61；取至2.72的话，可延长日照时间1 h。建筑方位在35°时，系数可取2.15，并能延长2 h日照时间。

在哈尔滨市以和兴路为例，和兴路规划建筑方位角为3° 42′，故系数可取2.7,并能延长2 h日照时间。汉广街规划建筑方位角为30°，故系数可取2.27，并能延长2 h日照时间;红旗大街规划建筑方位角为1°30′，故系数可取2.7，并能延长1 h日照时间。其它地区可参考上面的计算公式和表5来确定。如果地形起伏的地区，就应具体考虑地形对日照的影响，使系数取得更加优化合理。

1002－252X（2010）04－0017－03

2010－8－6

张海玉（1976-），女，黑龙江省哈尔滨市人，东北林业大学，硕士生，工程师.