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哈尔滨日照间距的计算相关文档
哈尔滨执行国家日照标准的可行性研究
国内北方寒地城市现行采用的日照的间距系数,比如齐齐哈尔1.8-2.0、哈尔滨1.5—1.8、长春1.7—1.8(新规范新区采用1.97,高层建筑采用48米的间距)、吉林市与长春执行相同的间距系数、沈阳1.7、乌鲁木齐旧区1.4,新区1.5。
南方城市如南京,南京市政府1998年颁布新的《实施细则》(修改后的规定2004年即将实行)中规定:
正南向旧区不得小于1.0,新区不得小于1.2。
尚未实施的新规范规定:
正南向旧区不得小于1.30,新区不得小于1.35。
高层建筑平行布置时:
高度小于80米,不得小于30米;高度大于80米,不得小于40米。
哈尔滨市现行日照标准的发展沿革是在六十年代由当时工业卫生标准要求所规定的建筑四周间距与高度比1:
1倍的标准。
70年代末期,由于大量解决人民居住问题和旧区动迁的需要制定的一些规定。
在《动迁法》中规定了当时的一些控制日照间距的办法,比如”隔道不挡光”的规定等。
后来,随着城市的发展和经济水平的提高,哈尔滨市政府颁布了《哈尔滨市城市规划管理办法》,《办法》中规定将间距系数提高到新区1.8倍、旧区1.5倍。
此项系数的确定是从规划管理的角度提出,同时也是满足当时的经济条件,此规定一直延续到现在。
但是,此间距系数的规定科学依据不足,从实际日照的结果来看,不能满足国家日照标准的要求,因此而产生的日照纠纷也越来越多。
随着经济、生活水平以及人们法律意识的提高与增强,改变现有日照间距系数不满足国家日照标准要求的问题,改善人居环境就成为刻不容缓的课题。
1.4概念诠释
(1)日照标准:
根据各地区的气候条件和居住卫生要求确定的,居住建筑正面向阳房间在规定的日照标准日获得的日照量,是编制居住区规划确定居住建筑间距的主要依据。
(2)日照间距:
指遮挡建筑与被遮挡建筑外墙之间的水平距离。
(3)满窗日照:
我国一般以十二时阳光照到低层窗下皮,简称为“满窗日照”。
这个提法是不够科学的,因为低层光所获满窗日照时数,还要看窗上皮映射到阳光的时间。
本文进行研究所采用的照射标准是指满足最不利点持续日照时间达到的日照时数,这区别于概念意义上的满窗日照。
相关研究采取满足最不利点的日照时数作为日照标准,比满足“满窗日照”的要求要高。
本文若出现“满窗日照”其所指意义是后者。
若有特殊情况文中阐明。
【5】
(4)最不利点:
指需要采光的建筑墙面自然采光的门窗洞口等在采光条件最差处的计算点。
(5)建筑面积密度(容积率):
每公顷建筑用地上容纳的建筑物的总建筑面积。
(6)测量纬度的诠释:
太阳高度角因纬度不同而有不同的间距系数,本研究采取同一测量纬度(位于太平)。
2哈尔滨市住宅日照条件分析
2.1不同布局形式住宅日照条件的分析
2.1.1行列式布局住宅日照条件分析
建筑物的日照间距,是由建筑用地的地形、建筑朝向,建筑物的高度及长度、当地的地理纬度及日照标准等因素决定的。
针对哈尔滨地势较平坦的特点,假定以下条件作为日照分析的基础条件。
在平坦的场地上,有前后任意朝向的建筑物,如图2-1所示,图中:
计算点m设于后栋建筑物的勒脚下,就是使前栋建筑的阴影落在m点,ma′为墙面法线,ma为两栋建筑的日照间距D。
;bb′为前栋建筑物的计算高度H。
;∠Smb为太阳方位角A,∠Sma为后栋建筑物朝向的方位角α。
在图2-1
(1)的三角形mab中,根据三角函数关系可以得到如下公式:
D。
=H。
.ctgh.cosγ
式中D。
――日照间距;
H。
――前栋建筑物计算高度;
h――太阳高度角;
γ——后栋建筑物墙面法线与太阳方位所夹的角;
此公式为日照间距的基本公式。
当建筑物为南向时,γ=A上式可简化为:
D。
=H。
.ctgh.cosA
当建筑物为东西向时,γ=90°-A上式为:
D。
=H。
.ctgh.sinA
图2-1
(1)
根据以上所叙述的D。
/H。
的函数关系,我们可以求出哈尔滨地区正南北向住宅在正午时分的日照间距系数。
根据哈尔滨日照杆影的实测结果,太阳最高高度角出现在上午11.45时刻。
(1)当满足大寒日三小时的日照标准时,取10.15时的太阳高度角h=20.84°,太阳方位角A=22.8°
应该注意的是最不利点m的选取不是在窗沿下,根据几何关系,当最不利点选取窗沿下时D’=(H。
-1.35)D。
/H。
,通过上式算得D。
/H。
=2.42
日照间距系数D’/H。
=(H。
-1.35)D。
(D’为满足到1.35单位高度时日照标准的建筑间距,D为最不利点在建筑与地面交线处满足日照标准时的建筑间距,根据相似三角形法则得出此比值,下同)
当H。
=22.15米时D。
=53.603米
D’/H。
=(H。
-1.35)D。
=2.27
(2)当满足大寒日两小时的日照标准时,取10.45时太阳高度角h=22.55°,太阳方位角A=15.45°,通过上式算得D。
/H。
=2.32
日照间距系数D’/H。
=(H。
-1.35)D。
=2.18
(3)当满足大寒日一小时的日照标准时,取11时15分的太阳高度角h=23.55°,太阳方位角A=7.86°,通过上式算得D。
/H。
=2.27
日照间距系数D’/H。
=(H。
-1.35)D。
=2.13
以上计算结果我们可以看出,要想满足大寒日三小时的日照标准,需要满足的日照间距系数是比较大的。
即使满足一小时的日照标准,系数也将达到2.13,这甚至超过了《规范》所提及的2.10倍的系数。
当然,建筑的日照情况是相当复杂的,它不仅涉及到朝向、间距、入射角度还有日照持续时间、侧面日照采光等。
在分析中用几何的方法间接的分析最不利点在一层窗台高度时应满足的间距系数。
此外,实际入户光线要考虑墙体的厚度。
因此,我们就需要深入的分析阴影在立面的变化情况,以使各种情况下均能满足居室的日照要求。
并且需要做到分析的结果与国家标准之间的相互校核。
很明显,在北方寒地城市(比如哈尔滨)满足大寒日的三个小时日照是很困难的。
根据现有的日照状况和考虑城市用地的经济性要求,满足大量性的住区建设,保证一小时和两小时的日照标准要求更有益于日照间距研究的可行性和实践性。
下面研究不同日照间距系数时阴影在建筑立面的变化情况(分析条件:
哈尔滨市大寒日8.00AM到16.00PM时刻的太阳光线为有效日照时间,建筑为7层,室内外高差为0.45米,女儿墙高度0.7米,建筑总高度22.15米,板式住宅进深13米,面宽取70米。
)研究的方法首先将8.00AM到16.00PM时刻的立面阴影变化绘制成包络图,分析从上午到下午最大持续日照时间所出现的时间段、所形成的主要影响因素;另一种分析方法是采用杆影法建立三角形,一边为建筑高度、一边为阴影长度,算出杆影变化的比例关系,确定出满足日照标准时的“影变杆”的转折点,从而算出间距值(图2-3)。
(1)正南北朝向行列式的间距分析
通过对自然光线的真实模拟绘制出各个时间点(间隔时间为20分钟)的阴影,通过相似三角形原理使11.15时刻的阴影线达到立面一层窗台高度,即可满足11.15-12.15(根据哈尔滨市实测的杆影图可见,大寒日最大太阳高度角出现时刻在11.45左右。
所以,取11.15-12.15)时刻最不利点的日照满足满窗日照达到一小时。
通过此法算出的D。
/H。
=2.12。
考虑到测量误差与方法误差,此值与《规范》中所提出的满足大寒日满窗日照达到一小时的系数2.10基本一致。
(先前用三角函数算得的满足一小时日照标准D。
/H。
=2.13,两小时日照标准D。
/H。
=2.18。
(根据实测研究资料,哈尔滨市满足大寒日两小时的日照标准的日照系数D。
/H。
=2.17)
计算方法如下:
选取11.30时刻的阴影长度并与建筑立面高度作为长度单位组成三角形的两边,连接另两个端点,在建筑高度一边靠近底边1.35单位处做平行于底边的直线,根据相似三角形的关系,阴影线所截的点即为阴影到达建筑的转折点。
(参考图2-2)
在实际的日照分析中可以看出,若满足正午时刻的满窗日照达到一小时所需要的间距系数比较大,而侧向采光将会满足不足的日照时间。
在对全日照阴影的分析中可以看出(分析条件为行列式布局,遮挡建筑与被遮挡建筑参数相同):
当日照间距系数为1.6时,建筑面宽达到65.5米可以满足侧向采光在最不利点持续一小时的满窗日照时间。
此种情况,累积日照时间可达到两小时以上。
建筑面宽小于40米可以满足侧向采光在最不利点满足持续二小时的满窗日照时间。
其他系数详细测算的结果如下表:
表2-1
从以上分析可以看出,侧向采光可以解决因正面间距不足所遮挡的阳光。
但是,由于清晨与傍晚的阳光太阳高度角和方位角都较小,日照的效果不好,仅以日照持续时间满足最低日照标准不利于提高居室的日照质量。
建议侧向采光最好满足至少两小时持续日照时间的标准。
另外,由于大量性的住区建设、行列式的布局形式,使住宅的侧向采光受到限制,在大规模的住区中侧向采光基本满足不了日照标准。
(2)面南偏东15°朝向行列式的间距分析
如图2-4为1.8和2.0倍系数的立面太阳阴影变化情况。
同样通过对自然光线的真实模拟绘制出各个时间点(间隔时间为20分钟)的阴影。
从图2-3所绘制的建筑立面的全日阴影线可以看出,由于建筑倾斜一定角度和太阳方位角的影响,日照所产生的阴影的最低值并不是出现在正午,经过测算此值约出现在13时。
这样,应计算12.30-13.30时刻,阴影到达一层窗台所满足的系数值。
通过此法算出的D。
/H。
=1.99。
小于此值时,需要考虑侧向采光以提高日照标准。
满足不同间距系数侧面采光详细测算的结果如下表:
表2-2
(3)面南偏东30°朝向行列式的间距分析
南偏东30°朝向太阳阴影的变化情况与南偏东10°的情况又有所不同,阴影在墙面的变化是逐渐降低的,当太阳高度角降低的影响大于太阳方位角的影响时,阴影已离开建筑,洒向地面。
如图2-5所示。
此种情况,分析间距系数需要注意以下两个方面。
第一,满足最不利点太阳最小入射角度大于15°(先前所分析的正南朝向与南偏东15°朝向的有效时间内太阳的入射角度均大于15°,15°为太阳有效值的最小角度)。
此时,有效日照时间下限应为下午15时。
第二,提高建筑日照时间,降低日照系数必然导致损失正午日照时间,增加侧向采光时间。
从心理分析的角度,人们对早上8.00—11.00的太阳更加愉悦,此时的日照有更大的入室深度,但实际日照效果却不如正午的阳光。
而且在上午的大部分时间,由于太阳高度角较低,建筑被阴影所遮挡。
中午时刻由于间距较低遮挡面积也较大,建筑的住宅要采光时间集中在中午到下午的有效时间内。
诸如以上理由,建议将朝向偏角大于45°的建筑大寒日满窗日照一小时的日照最低标准提高到两小时,以提高居室的日照水平。
但在分析中仍主要分析满足一小时和两小时的日照标准所需要满足的最低条件。
满足上述条件可得:
满足一小时的侧面采光时,D。
/H。
=1.42
满足两小时的侧面采光时,D。
/H。
=1.60
满足三小时的侧面采光时,D。
/H。
=2.01
通过计算机模拟分析的结果与用几何分析和计算机辅助分析的结论相一致。
如图2-6为当D。
/H。
=1.60时最不利点的日照状况,在距自然地面一米处的大寒日最大日照持续时间为两小时。
(4)面南偏东45°朝向行列式的间距分析
南偏东45°朝向行列式的阴影状况与南偏东30°时相类似。
较低的太阳高度角和较小的系数使上午和中午有较大的阴影遮挡。
建筑只有通过侧向采光以解决不增大间距系数的情况下提高日照水平。
此时,满足太阳入射角大于15°需要计算的有效时间的下限是下午14时。
满足上述条件可得:
满足一小时的侧面采光时,D。
/H。
=1.12
满足两小时的侧面采光时,D。
/H。
=1.50
满足三小时的侧面采光时,D。
/H。
=1.97
(5)东西朝向(子午线型)的行列式的间距分析
子午线型行列式布局主要考虑侧向采光的影响。
对子午线型住宅的研究中主要研究保证日照区的问题。
研究保证日照区一个基本目的在于确定该区形状和大小与建筑朝向的关系。
以保证满足不同日照标准的要求。
子午线型住宅区别于南向住宅的根本问题是侧向采光的问题。
因此,研究的方法略有不同。
在任何房间的窗前,只有在规定的空间(日照区)的情况下才可能保证房间符合日照持续时间的标准。
在这个空间范围内,阳光可以在规定的时间里进入窗内,直射无阻。
如图2-7所示,表明了这个必须的条件。
图上左面为按子午线纵轴布置的住宅平面轮廓。
根据已知图的平面,对住宅首层的房间就可以按日照持续时间的标准进行计算。
图中表明从8点到12点的太阳光线的入射角度,11点时刻的太阳光约等于15°光线照射方向,A点为最不利点。
满足一小时的日照标准时,D。
/H。
=1.72
满足两小时的日照标准时,D。
/H。
=2.79
满足三小时的日照标准时,D。
/H。
=4.23
从分析结果可以看出:
子午线型住宅满足相同日照标准比正南向住宅和有偏角的住宅需要更大的间距系数。
但是,子午线型住宅的每个居室均能得到持续的日照时间,并且在冬季住宅用地能够得到较好的日照条件,满足冬季户外活动的要求。
(6)东西朝向(子午线型)偏角15°的行列式的间距分析
东西朝向(子午线型)偏角15°的住宅分析方法与子午线型住宅相同。
分析结果如下:
满足一小时的日照标准时,D。
/H。
=1.78
满足两小时的日照标准时,D。
/H。
=3.02
满足三小时的日照标准时,D。
/H。
=4.83
(7)冬至日的测算结果:
特殊日照需求的建筑包括托幼、中小学校等住区中需要满足冬至日满窗日照持续三小时(新区)和两个小时(旧区)的日照标准的建筑。
当满足冬至日三小时的日照标准时,通过分析算得:
D。
/H。
=2.72
此数值为正南北向满足正面采光冬至日满窗日照持续三小时的间距系数。
当小于此间距系数时,任何侧向采光均不能满足此日照标准。
建筑为遮挡建筑时仍遵循以上所研究的结果。
当建筑朝向为南偏东15°时,太阳高度角最高的持续三个小时日照发生在10.50-13.50区间。
此时为正面采光:
D。
/H。
=2.53
当建筑朝向为南偏东30°时,此时,由于太阳高度角低,入射光线必须大于15°,此时需要满足侧向采光要求,太阳高度角最高的持续三个小时日照发生在11.50-14.50区间:
D。
/H。
=2.56
当建筑朝向为南偏东45°时,此时,由于太阳高度角低,入射光线必须大于15°,此时需要满足侧向采光要求,太阳高度角最高的持续三个小时日照发生在10.50-13.50区间:
D。
/H。
=2.08
当建筑朝向正南北向时,满足冬至日持续两个小时日照时:
D。
/H。
=2.56
表2-3 以上结果汇总
从如上冬至日的日照分析结果得出如下结论,住区的特殊日照建筑满足冬至日持续三小时日照需要的日照间距系数是比较大的。
同时,托幼、中小学的活动场地和操场也需要满足一定的日照持续时间和朝向的要求。
所以,在进行此类建筑的布局和场地设计时要充分考虑日照因素。
由于以上因素导致托幼、学校等建筑的建筑用地面积要增加,《城市居住区规划设计规范》中所规定的用地面积的范围要有所调整,此部分内容将在居住用地调整中详细讨论。
(以上研究南偏东与偏西住宅对称时刻的太阳高度角类同,相互对称朝向的间距系数采用相同结果,本文不再进行重复研究。
)
综上所述,南偏东、西偏角在45°以内的住宅在满足大寒日一小时和两个小时的日照标准时需要的间距系数比较小。
子午线型住宅满足一小时间距系数较小,但是由于太阳高度角较小,满足两个小时或两个小时以上的日照标准时,间距系数成倍增长。
此种朝向的住宅对人们影响最大的将是心理的影响,而建筑技术的发展使寒地居住采暖的问题不再是影响人们选择住宅朝向的主要问题。
因此,即获得较好的日照条件,又有较小的间距系数来说,具有合理偏角的住宅是满足城市建设多方面因素的有效解决办法。
而子午线型住宅将会有更深的照射深度,更重要的是每个居室均能满足有日照的要求,这对于改善住宅的日照条件将是十分有益的。
在西欧的部分国家,日照标准要求每个居室均能满足日照要求,这样就产生了大量的东西向住宅,而且西欧国家的冬季气候条件并不是非常寒冷,这一切使子午线型的住宅成为可能。
与此同时,住宅间的场地获得了良好的日照,满足了冬季人们户外活动的要求。
前苏联的日照研究成果表明,大寒日满足持续三个小时的满窗日照是十分困难的,而即使达到三个小时的日照,也不可能对房间内的细菌(如大肠杆菌)进行有效的杀菌。
因此,摆脱传统居住观念,正确对待东西朝向住宅和有倾斜角度的住宅将对城市的建设与住宅的发展产生深远的影响。
2.1.2不同住宅形体的日照条件影响分析
2.1.2.1点式与塔式住宅的遮挡分析
当遮挡建筑的面宽足够小,对被遮挡建筑的影响可以通过阴影的移动得到改变时,可把遮挡建筑看成点式建筑,比如面宽较小的板式建筑、点式多层住宅、塔式高层住宅等。
因为可以将点式住宅当作一个移动的矩形阴影,在尽可能的减小间距的情况下,主要也考虑侧向采光的影响。
分析的方法是:
作出有效时间内照射最不利点的太阳射线,在保证不同日照标准的射线夹角内做点式建筑的边长与太阳射线相切,所求得的间距系数即为满足此日照标准的系数要求。
关于点式与塔式正面间距与侧面间距:
研究高层塔式住宅日照问题一个重要的问题就是正面间距与侧面间距的问题。
同时此问题也涉及到其他侧面具有居室功能房间所应解决的问题。
首先,关于正面间距和侧面间距的问题。
住宅建筑间距分正面间距和侧面间距两个方面,凡泛称的住宅间距,系指正面间距。
笔者认为,从日照标准执行的实际情况来看,对于侧面间距的判断应以实际居室满足日照标准的时间为准,如果侧面具有需要满足日照标准的房间,应该执行国家规范所确定的日照标准以确定间距。
同时,也应满足通风、采光、消防,特别是视觉卫生以及管线埋设等要求。
几者取最大值,一般以日照因素影响最大。
其次,塔式高层住宅等类型住宅,侧面往往有正面的功能,因此应重点研究塔式高层侧面的采光问题。
(1)正面间距:
比如,边长为30米的点式住宅与板式建筑形成正南北向的布局关系。
满足最不利点持续一小时的日照标准,正面间距=16.2米
满足最不利点持续两小时的日照标准,正面间距=26.4米
满足最不利点持续三小时的日照标准,正面间距=55.1米
满足累计三小时的日照标准正面间距=20.5米
边长为40米的点式住宅与板式建筑形成正南北向的布局关系。
满足最不利点持续一小时的日照标准,正面间距=21.6米
满足最不利点持续两小时的日照标准,正面间距=35.2米
满足最不利点持续三小时的日照标准,正面间距=73.4米
满足累计三小时的日照标准正面间距=27.3米
边长为50米的点式住宅与板式建筑形成正南北向的布局关系。
满足最不利点持续一小时的日照标准,正面间距=27米
满足最不利点持续两小时的日照标准,正面间距=44米
满足累计三小时的日照标准正面间距=34.2米
累计三小时的分析结果仅作为参考。
(2)侧面间距:
边长为30米的高层住宅与之侧向平行的建筑的遮挡:
满足最不利点持续一小时的日照标准,侧向间距=8.2米
满足最不利点持续两小时的日照标准,侧向间距=17.1米
满足最不利点持续三小时的日照标准,侧向间距=27.7米
边长为40米的高层住宅与之侧向平行的建筑的遮挡:
满足最不利点持续一小时的日照标准,侧向间距=10.9米
满足最不利点持续两小时的日照标准,侧向间距=22.8米
满足最不利点持续三小时的日照标准,侧向间距=37米
边长为45米的高层住宅与之侧向平行的建筑的遮挡:
满足最不利点持续一小时的日照标准,侧向间距=12.1米
满足最不利点持续两小时的日照标准,侧向间距=25.6米
满足最不利点持续三小时的日照标准,侧向间距=41.6米
以上均为实测日影图所分析的间距值。
从分析结果可以看出,高层塔式住宅由于只是一个矩形点,在不断的移动当中,满足侧向采光相对容易实现。
在分析高层住宅的日照条件与状况后,笔者认为高层满足2.5h的日照标准为宜。
此时以40米为例:
正面间距为50米。
考虑到用地的经济性和旧区问题满足2小时的日照标准间距为35.2米。
侧面间距由于与正面具有相同功能取2.5h,侧面间距为29.3米;2h时侧面间距为22.8米。
2.1.2.2转角单元住宅的遮挡分析
转角单元住宅的分析可分解为一栋板式住宅与一栋与之相垂直的点式建筑的综合影响,分析方法类同。
转角住宅在遵循以上所分析的朝向与间距要求外,还要考虑建筑自挡光的影响。
此单元内容由于日照情况比较复杂,将在§2.2哈尔滨市住宅日照现状分析中重点分析。
2.1.3符合哈尔滨住宅布局特点的日照间距与建筑布局
本文对日照标准的研究局限于比较理想的情况下的状态,首先是地理纬度的正南北向、15°、30°、45°等。
比较哈尔滨市的建筑布局图可以发现,哈尔滨市的城市用地限于道路网的规划结构,并不是呈现较为规则的角度。
这使得分析哈尔滨市较为普遍的住宅朝向的日照标准所需要的日照间距具有实际意义。
分析哈尔滨市的城市遥感平面图可以看出,较为普遍的建筑朝向为:
南偏西60°(车辆厂:
经纬街与新阳路处等)、南偏东50°(马家沟河、辽原街、宽城街西大直街处等)、南偏东40°(中山路处等)、南偏东10°(开发区:
先锋路、淮河路、辽河路等)、子午线型偏西5°(开发区:
宣庆街处等),从以上分析中可以看出,哈尔滨市较为普遍的,同时也为城市规划的实施管理提供方便,可以将以下的朝向总结为主要建筑朝向,用以日照间距系数的调整应主要考虑:
南偏东10°、南偏东45°、南偏西60°,子午线型住宅采用北偏西5°。
出于管理实施的角度,相近朝向的角度近似等于与之相近的角度。
测算如下表:
表2-4 满足此朝向的日照间距系数列表
将不同朝向的住宅布局用于不同的间距系数调整城市布局的实际,《规范》中规定的不同朝向的间距系数调整缺乏数据支持,笔者认为该调整系数的实施主要是考虑管理的可实施性。
但是不同纬度时的具体情况不同,因而不能“以全概偏”。
哈尔滨市的地理位置与环境特点产生了具有哈市特点的城市布局形态。
可以看出南偏东45°的建筑布局有利于容积率的提高,从哈市的现状居住日照分析中也可以得出南偏东45°的转角单元建筑既可以有效提高容积率又对日照条件影响不大。
比如交电街12#楼的布局形式较为有利。
但是也应看到,寒地城市道路南偏东45°的布局会产生冬季盛行风的流动通道。
由于太阳早晚高度角很小,东西向住宅的布局对侧面采光的要求很高,所以一般来说,子午线型的住宅在南向转角处布置转角单元的很少,因为南侧的转角单元遮挡了侧向的采光,从附图嵩山小区12#、13#楼的分析可以看出南侧的转角使日照条件变的很差,而哈尔滨市的很多住宅布局都呈现如此的形式,应当引起重视。
设想将嵩山小区13#楼的转角变为北侧情况时日照状况就好的多。
正南北向住宅在哈尔滨很少出现,而且真北针约为南偏东10°