气候对房屋朝向间距影响—以湖南省邵阳为例

时间：2024-08-31

李和平，陈涛，韩波，吕小敏，陈素平，赵艳兰

(1.湖南省新宁县气象局，新宁 422700;2.湖南省衡阳市气象局，湖南衡阳 421001;3.湖南省郴州市气象局，湖南郴州 421101;4.湖南省祁东县气象局，湖南祁东 421600)

李和平1，陈涛2，韩波2，吕小敏1，陈素平3，赵艳兰4

该文根据太阳在天空中的位置，分析计算了邵阳水平面各墙壁的日照时数、直达辐射量、建筑物阴影、各向墙壁日照时间和冬夏盛行风向等。分析表明，邵阳房屋最佳朝向在正南偏东偏西各15°的范围内，不宜朝西、朝北(东北);起居室、办公室、会议室等宜安排在南向房间内，楼道、厨房、厕所等宜安排在北向房间中。

气候影响;房屋朝向;间距

1 引言

现代建筑气候设计理念是在规划建筑方案设计过程中，根据建设基地的区域气候特征，综合建筑功能要求和系统设计等需要，合理组织和处理各建筑元素，创造出有助于促进人们身心健康的良好建筑内外气候环境［1］。目前，已有不少学者从理论上探讨过气候与房屋设计的关系，如余庄［2］从气候适应性窗对室内环境的影响来探讨房屋的设计问题;而谢在永［3］则从住房形式与气温关系进行了研究，分析了我国东北地区房屋设计中保暖、防寒和采暖的问题。在建造房屋时，必须充分利用当地有利的气候条件，防御不利的气候因素，以期收到最佳效果。规划设计得当，可以使居住环境清洁优美、安静舒适，还可减少冬季取暖和夏季防暑的花费。因此，在建造房屋前，必须详细了解当地的气象条件，经充分地分析研究，找出合理的规范设计方案，作出最佳安排。本文就湖南邵阳气候条件与房屋朝向、间距之间关系开展一些有益的探讨。

2 太阳在天空中的位置

太阳在天空中的位置，常用太阳高度角、方位角等来标示，一年之中，太阳赤纬是不断变化的，夏至为 +23°27'，冬至为 -23°27'，春秋分为 00。根据邵阳的纬度(27°00'N)，各时期的太阳赤纬和各时相应的时角，可求得邵阳市各节气中每天的太阳高度角和方位角(见表1)。

表1 邵阳二分二至各时太阳方位角(A)和高度角(h)

由计算公式 sinAh=0=cosg(1-tg2δtg2ф)1/2可计算出日出日没时的太阳方位角。一年中，邵阳日出日没时的方位角有如图1所示的变化。将一天中各时的太阳高度角和方位角点绘在平面图上，便得到太阳视轨迹线图(见图2)。通过太阳视轨迹线图，可以查出任何时刻的太阳高度角和方位角，知道太阳在天空中的位置。

太阳视轨迹线图，也可由中午的太阳高度角和日出日没时的太阳方位角三点共圆法来做，误差较小，对一般用度而言，精度足够。太阳视轨迹线图，还可知道房屋各朝向墙壁，不同季节受太阳直接照射的起止时刻和日照长短。这时，只要过图中圆心作一条与墙壁走向一致的直线，找到该直线与相应时期太阳视轨迹线的交点即可。

3 各向墙壁受太阳光照射时间和直达辐射量

3.1 直接照射时间

各向墙壁受太阳直射时间有明显的年变化(图3)。邵阳，冬半年(秋分—冬至—春分)，南墙从日出到日没均可受到太阳的照射。东、西墙正好都是半天受到太阳的直射，所不同的是，东墙是整个上午受到太阳的直射，西墙则是整个下午。北墙在整个冬半年中，根本得不到太阳的直射。其它朝向，则居于以上四个朝向相邻两朝向之间，如东南墙便介于东向与南向之间。

图3 日出日没太阳方位角年变化

夏半年(春分—夏至—秋分)，东和西墙仍是半天受到太阳的直射。在这半年中，北墙也能受到太阳的直射，但照射时间被分成相等的清晨和傍晚两段，离夏至越近，受到照射的时间越长。在夏至这天，北墙仅中午前后约4 h受不到太阳直射。南墙则正好相反，凡北墙受不到太阳直射的时间，正是南墙受到直射的时间。在夏至前后，南墙仅有中午前后约4 h受到太阳的直射。冬至前后，南墙整个白天都能受到太阳直射，而北墙则无法受到太阳直射。对水平房顶，一年中，任何时候都是整个白天受到阳光的直射。

图4 邵阳二至二分日各向墙壁上太阳直达辐射日总量(MJ/m2)

3.2 各向墙壁一日中所接收的太阳直接辐射量

太阳高度角不同，投射到地面的阳光穿过大气层的厚度也不同。图4是邵阳二至二分日，各向墙壁单位面上的太阳直达辐射日总量。从图分析可得：在秋分—冬至—春分的冬半年中，北向墙壁上的太阳直达辐射强度始终为零。在春分—夏至—秋分的夏半年中，任何朝向的墙壁都可受到太阳的直射。冬至前后，正南墙上获得的太阳辐射日总量最多，冬至日达15.3 MJ/m2。随着墙壁朝向偏离正南方，太阳直达辐射的日总量迅速减少。这时水平面是一年中太阳直达辐射日总量最少的，只及夏至前后的1/3，相当于同时期南墙上直达辐射日总量的60%左右。夏至前后，南墙上太阳直达辐射日总量很小，不到0.8 MJ/m2，是各向墙壁中最少的。随着墙壁朝向偏离正南方向，太阳直达辐射日总量迅速增加(与冬至前后的情况正相反)，到东和西墙达到最大，约为10.0 MJ/m2。随着墙壁的朝向继续偏北，又逐渐减少，但减少的速度小。北墙的日总量已达南墙的5倍，约3.8 MJ/m2。最热的7月，与夏至前后情况比较接近。春分和秋分的情况，介于冬至和夏至之间，南墙上太阳辐射日总量最大，北墙上正好为零。

4 建筑物阴影

当太阳高度角非90°时，突出地面的物体会产生阴影。物体的阴影会使部分地面或其它突出地面的物体(如房屋)的某些部分无法受到太阳光的直接照射。阴影遮挡的方位，与各时刻的太阳方位角有关。直立棒的阴影在太阳与棒地交点连线于水平面上投影的相反方向上。根据一日中各时刻阴影的方位和长度可以绘制成日影曲线图(图略)。在日影曲线图中，中心为一个单位长的直立棒，同心圆上的数字的影长(以圆心直立棒高为1)，曲线上的数字为一日中各个时刻。从日影曲线图中，不仅可以查出一个物体阴影的日变化，还可以看出一个物体受其它物体遮挡(对太阳光而言)的程度。其应用范围较广。

5 邵阳盛行风向及年变化

就全年而言，邵阳盛行最多风向为东北风，频率为22%，加上相距仅15°两个相邻风向的频率共占42%。其次为静风，频率为20%(表略)。邵阳地处季风气候区内，盛行风向有明显的年变化。冬、春、夏、秋四季东北风出现的频率分别为24%、21%、6%和23%。邵阳风向的日变化也较明显，头年10月至次年6月，均以东北风为多，但晴天的上、下午，大多亦会吹偏南风。

6 房屋朝向与间距的选择

6.1 朝向与气象条件的关系

邵阳地处亚热带地段，冬季少严寒，但潮湿阴冷;夏季多酷热，太阳辐射强。因此夏天，室内要避免阳光直接进入，注意通风良好。冬天，要避免冷空气大量涌入室内，让尽可能多的阳光进入室内，以保持室内暖和舒适。冬夏都有一个好的室内小气候环境，不仅有益于健康，而且可以提高学习和工作效率。房屋朝向选择，就是为了更好地实现上述目标。

6.2 邵阳房屋的朝向

从前面的分析得知，邵阳朝南的房间，夏日盛行的偏南风，可以从窗口顺利进入室内，通过门和门上的气窗等形成良好的自然通风。这时南墙上的窗户受太阳直射的时间最短，直接进入室内的太阳光最少。故南向房间在盛夏不仅有凉爽之感，而且空气清新宜人。冬季，朝南的房屋，一则偏北的寒冷空气不易进入室内，同时向南的窗户整天均可受到太阳的直射，从窗户进入室人的阳光最多，使室内具有温暖舒适的小气候环境。因此，房间朝南具有冬暖夏凉的特点，能减少冬季采暖和夏日防暑降温的费用。

朝北的房间情况与朝南的正好相反。夏日窗户上受到近10 h的太阳光直接照射，而盛夏盛行的南风无法由北墙窗户口吹入室内，室内的通风不畅，气温高而闷热。冬天则根本见不到阳光，盛行的北风容易从窗户进入室内，使人感到阴冷潮湿，没有舒适感。

东、西两个朝向的房间，全年均有半天窗口受到太阳直射。冬天，大量阳光进入室内是有益的。夏天，大量阳光进入室内会使室内气温比室外高。尤其是西向房间，在气温高的下半天受到太阳光照射，室内气温会升得更高，使人感到闷热难当，不仅大大降低学习和工作效率，对身心健康亦很有害。

由以上分析可知，邵阳地区的房屋最佳朝向，在正南偏东偏西各15°的范围内，适宜朝向在正南偏东偏西各45°的范围内。要尽量避免修建朝西至朝北方向房屋。

6.3 不同用途房间安排

目前的房屋建设一般有两排房间，对不同用途的房间作出适当安排，有助于改善室内小气候。对于南北向房屋，起居室、办公室、会客室等主要房间，应安排在南边，楼梯、卫生间、厨房等辅助性房间，宜安排在北边。这样做，会使主要房间内十分舒适，辅助性房间内的污染物也不污染主要房间。如作相反安排，主要房冬冷夏热不算，辅助性房间的臭味和烟气，亦会随着南风大量吹入主要房内，对学习、工作和健康均为不利。如果受街道走向和地形等条件的限制，房屋非得东西向不可时，一则可尽量将主要房间安排西面;二则可在窗户上增设遮阳板等，尽力阻止阳光进入室内，同时还可利用竖轴窗户的不同开启程度，促成室内的自然通风，改善室内小气候。房顶宜有隔热层，以改善顶层房间的居住条件，高房间宜安上纱窗。