入射夹角与窗尺寸的讨论谈谈日照分析的深度及设计要点_3W组合日照分析的体会.pdf

2 0 0 5 年 第5 期 4 9 图 1 计算盘 图2 计算盘 图3 计算盘复合使用 摘 要 本文通过对一栋住宅所作的3 W组合日照分 析 论述了日照分析应当表达的内容 并对分析过程中接 触的问题的解决方案进行了探索 关 键 词 采光权 日照窗 日照间距系数 日照时间 有效日照 Abstract Through the 3W dimensional combined Sunshine analysis of a residence this paper discussed the content of Sunshine analysis that should be expressed and explored the solutions to the problems arose during the analysis Key Words Ancient light Sunshine window Sunshine spacing Duration of sunshine Validity sunlight 文 王震 王岩松 谈谈日照分析的深度及设计要点 3 W组合日照分析的体会 城区中的建筑物不是孤立的个体 它往往要与待 建或已经建成的建筑物组成建筑群 它们之间的关系或 间距要满足景观 消防 通风 采光 防灾 视觉卫生 等要求 对于居住建筑 首先要满足日照要求 这也是 规划部门在进行居住区的规划设计 审批所掌握的基本 原则 如果说 民法通则 从法律上赋予了居民以 采 光权 那么 建筑设计通则 住宅设计规范 及 城 市居住区规划设计规范 则从法规上规定了居住建筑所 应当获得的有效日照时间 一般情况下 规划部门都是根据本地所处的建筑 气候区位 地理纬度 城市规模等因素确定的日照间距 系数来考虑住宅间距 但是一个居住区未必都是排列整 齐 走向一致的建筑布局 对于复杂的建筑布局 单靠 间距系数来控制建筑间距未必会达到理想的效果 另 外 现在高层建筑在居住建筑中所占的比重越来越大 建有高层建筑的居住区如果也用间距系数来确定住宅间 距 就会使距离拉的过大而降低建筑容积率 高层建筑 后面建筑物的日照 应靠建筑物之间的间隙来实现 前 排建筑物的日影落在后排建筑物的墙面上 就对后排建 筑物的采光产生影响 影响到什么程度 后排居住建筑 采光窗的满窗日照时间能否达到规定的日照时数 就要 通过一定的技术方法进行分析 地球年复一年的围绕太阳运转 它们之间的相对 位置是有规律的 在某一日期 某一时间 任何地区太 阳的高度角和方位角并不难确定 可以利用公式计算 也可利用图解法 图解法的工具是日照计算盘 日照计 算盘由两部分组成 计算盘 代表某地的天空立面图 其基线代表地平面 太阳的高度角由一组平行于地平面 的纬线表示 太阳的方位角由一组通过天顶的经线表 示 计算盘 表示一个天球 图中的平行线是不同季节 中 太阳一天运行的轨迹 盘上的弧线是表示一天中不 同的时角 计算盘 一般采用透明材料制成 使用时与 计算盘 复合使用 即两个盘圆心对正 旋转计算盘 使盘 的极轴偏转指定地区的纬度 就可以查到位 于这一纬度的地区某一日 一般取节气 某一时刻太阳 的高度角和水平角 反过来也可以 图1 图2 分别是计 算盘 和计算盘 如果在同一地区经常使用 可以定好角度后把两 个盘打印到一起 用起来会更方便 图3 是用于北纬 4 0 的复合计算盘 要分析满窗日照时间需要进行繁杂的计算 传统 的方法是在透明纸上绘制该地区日照标准日的 日照曲 线图 再利用该日照曲线图与同比例的总图复合使用 来逐个分析不同点的日照时间 绘制图表比较烦琐 但 图表制成后可作为工具永久保存 应用到不同的分析项 目 图4 是北纬4 0 大寒日的日照曲线图 该图可用于 Technique Exchange技术交流 5 0 2 0 0 5 年 第5 期 处于这一纬度 以大寒日为标准计算日的各类城市进行 日照分析 图5 是用日照曲线图对某小区中的多层住宅 日照分析实例 这个实例是分析该住宅第二层第四列窗 右侧的日照时间段 分析结果同我们后来完成的 3 W 组合日照分析报告 结果相符 不难看出 即使在已经开发出许多日照分析软件 的今天 利用这种工具进行日照分析仍不失为一种直 观 快速 便捷的手段 它不仅可以分析某点的日照时 间 而且可以确定某一时间建筑物阴影的方位及长度 现在的建筑设计软件都具备日照分析功能 专门用 于日照分析的软件也相继开发出来 它们各具特点 使 分析功能更加完备 对于简化计算 提高工作效率起很 大作用 日照分析其实是一个利用投影原理的作图过程 利用不同的日照分析软件得出的分析结果基本相同 我 们应当看到 软件只是一种工具 我们不必计较一个分 析成果是用什么软件作出来的 就好象购买一件商品 只要材质优良 做工精细 就没有必要去研究它是用什 么型号的设备制造出来的 反之 仅有工具而不具备相 关领域的知识和表现技能 不能正确的输入数据 照样 作不出具有说服力的分析成果 甚至会造成混乱 城市人口不断增加 建筑物的高度与密度也随之 加大 尽管设计师力图保证居住建筑的通风与采光 但 良好的居住环境与高效的土地利用率又是一对难解的矛 盾 新建筑物遮挡原有建筑物 新建筑物之间互相遮挡 的情况时有发生 因 采光权 引起争端甚至诉诸法律 的事例屡见不鲜 随着人们维权意识的增强 这种纠纷 必将呈上升的趋势 这里所说的 采光权 通常是指房屋的所有人或使 用人享有从室外取得适度太阳光的权利 太阳光包括太 阳直射光和散射光 引起争端的绝大多数是太阳直射光 既 日照 建筑物各个方向所开的外窗是为了通风和 采光的 称为采光窗 而日照分析中所定义的 日照窗 是指设在能获得日光照射的方向 使阳光直接照入房间 的采光窗 城市居住区规划设计规范 针对不同的建 筑气候区划 城市规模规定了相应的日照标准日及在有 效时间段内的满窗日照时间 表1 满窗日照时间的分析是日照分析的基本内容 提供 准确 直观的日照分析结果是设计师的职责 日照分析不 仅可以在建筑布局的调整过程中起指导作用 在解决因采 光引起的纠纷过程当中往往是仲裁机构进行判断的依据 同时 也是房屋所有权一方对受损失一方进行经济补偿的 依据 作为一个理性的设计师 他应当维护双方当事人的 利益 提供的分析成果应当严谨 公正 经得起推敲 单 靠软件生成一个窗日照时间表和一个平面阴影图的分析结 果其说服力是很有限的 要形成一个完整的 具有说服力 的日照分析成果 除利用现有的分析工具外 还应利用其 它的分析手段和表现方法才能实现 3 W 组合日照分析就 是针对解决这一问题而产生的技术成果 3 W 组合日照分 析是把日照分析程序与三维操作结合进行技术处理来进行 日照分析的技术手段 输入特定的参数 可以分析任何地 点 任何时间的日照效果 它除了能准确的表达 城市居 住区规划设计规范 所要求的满窗日照时间外 突出特点 是准确地刻画出了前排建筑物投射到后排建筑物立面上的 阴影 把遮挡情况非常直观地展现在人们面前 2 0 0 4 年7 月 我们对某小区高层建筑对多层建筑的 遮挡情况进行分析 图6 是分析报告中大寒日1 0 3 0 和 1 1 0 0 的阴影图 从图中我们可以看到 在1 0 3 0 平 面投影的图面上 高层建筑的阴影落在4 号窗的边缘 和立面投影图中的阴影的位置是符合的 表2 是窗日照 时间表 表中显示 4 号窗的满窗日照时间是从1 0 3 0 1 6 0 0 2 7 层 共5 小时3 0 分 这进一步验证了分析 结果的正确性 因为只有阴影掠过窗户 才能作为 满窗日照时间的计算起点 图4 北纬4 0 大寒日日照曲线图5 二层4 号窗边受照时间图 注 1 本表选自 城市居住区规划设计规范 G B 5 0 1 8 0 9 3 2 建筑气候区划应符合该规范附录A 第A 0 1 条的规定 3 底层窗台面是指距室内地坪0 9 m 高的外墙位置 住宅建筑日照标准表1 图6 3 W 组合日照分析中的阴影图 Technique Exchange技术交流 2 0 0 5 年 第5 期 5 1 不同的技术手段产生的结果能够互相对照而得到 一致的结论 说明我们的分析结果是真实 准确的 实 践是检验真理的标准 为了进一步验证我们的分析结 果 在2 0 0 5 年1 月2 0 日 大寒日 这一天 我们到现 场进行了拍照 图7 照片上显示的拍照时间比日照分析的时间提前了 几分钟 这是根据地理时差和天文时差换算出的地方时 间 计算公式为 北京时间 真太阳时 天文时差 地理时差 如丹东地区位于东经1 2 4 2 0 地理时差为 1 2 0 1 2 4 2 0 6 0 1 5 1 7 2 0 大寒日的天文时差为 1 0 4 6 地方真太阳时为1 0 3 0 时 北京时间应为 1 0 3 0 0 0 1 0 4 6 1 7 2 0 1 0 2 3 根据该计算式可以看出 大寒日丹东地区北京时 间1 0 2 3 时 地方真太阳时为1 0 3 0 提前7 分钟 上述的实例证明理论分析和实际情况基本是符合 的 能达到这种程度 必须在建筑物相互关系 体量 方位十分准确的前提下才能做到 实际应用中有一定难 度 因为设计过程中为了某些功能要求有可能使施工图 与规划图不完全相符 某些构件的设置也会使建筑物的 体量发生变化 方位角的测量误差也不可避免 而阴影 的位置对方位是十分敏感的 但对窗的日照时间的分析 结果不会产生大的影响 日照分析虽然不是新概念 但它分析的侧重点 应 用范围是不断变化的 技术手段 表现方式也不断发 展 日前我们完成了几个项目的日照分析报告 开发商 根据我们的分析结论或调整建筑布局 或制定经济补偿 方案 均取得了较好的效果 在日照分析过程中我们接 触并解决了一些实际问题 下面我们对几个问题的解决 方案谈一下自己的看法 一 关于日照位置的讨论 城市居住区规划设计 规范 规定了日照时间计算起点是距室内地坪0 9 m 高 底层窗台面的外墙位置 专业人员能够理解这是通过 前排建筑物的屋顶投射的日光应达到的位置 这种日 照状态 底层是最不利的 日光投射到底层窗台面 底 层及以上各层就都有阳光照入室内 这一规定显然是 合理的 但它的合理性仅限于平行布置且前排建筑物 形体规则 后排建筑物窗高一致的多层住宅 如果前排 建筑物是高层 通过屋顶投射到后排建筑物底层窗台 面的外墙位置就会使建筑物之间的距离拉的很大 这 显然是不经济的 高层建筑后面的建筑物获得日照 主 要是通过前排高层建筑的侧面投射的日光 这种方式 投射到底层窗台面的外墙位置的阳光 是不能保证照 射到室内的 因此日照分析在布置有高层建筑的居住 区就更为重要 二 关于日照效果的讨论 适度的日照是健康的 保证 也是舒适居住的必要条件 要使日照达到理想 的效果 就要保证日光照入室内 同时要达到一定的 强度 城市居住区规划设计规范 规定了有效日照时 间带 就是为了保证日照标准日的日照强度 住宅设 计规范 第5 1 1 条规定 每套住宅至少应有一个居 住空间能获得日照 当一套住宅中居住空间超过四个 时 其中宜有两个获得日照 建筑设计通则 第3 1 3 条则规定了日照时间应当是满窗日照时间 日照的 目标是 居住空间 要使居住空间能获得日照还有一 个不容忽视的因素是日光与受照射墙面的夹角 使日 光照入室内的入射角的大小取决于墙体的厚度和窗洞 口的宽度 如图8 窗日照时间表表1 图7 2 0 0 5 年1 月2 0 日 大寒日 1 0 2 7 实物照片 图8 光线入射角示意图 Technique Exchange技术交流 5 2 2 0 0 5 年 第5 期 入射角 a r c t a n b L 式中 入射角 b 墙厚 L 窗宽 只有当入射角 时 日光才能照入室内 居室才能 获得有效日照 有的城市规划部门规定了入射角的限值 也有的城市根据建筑物的朝向规定了有效日照时间段 都是出于这一考虑 入射角取多大合适 要根据建筑物的 具体情况 取小了 日光照不到室内 居民的采光权受到 损失 取大了 计算的满窗日照时间减少 意味着开发商 要承担更大的责任 以本地区通常采用的3 7 0 m m 厚的 外墙 1 5 0 0 m m 宽的窗计算 a r c t a n 4 0 0 1 5 0 0 1 5 如窗宽1 8 0 0 m m 则 1 3 4 0 0 为3 7 0 m m 厚的砌体加 抹灰层的厚度 一般情况下 建筑物朝向正南或接近正 南时 可以取规范给定的有效时间段 如果偏向较大 两 者都必须考虑 如建筑物的朝向为南偏东 那么日照起始 时间为八点或九点 根据规范规定的时间带 而日照时 间的终止点应为下午日光与墙面夹角为1 5 或1 3 的 时间 通常人们是不会在意区区几分钟的日照时间 但如 果采光纠纷真的发生 双方往往都是认真的 这时候设计 师提供的数据就起到了举足轻重的作用 当然 这也是对 设计师职业道德和技术能力的检验 涉及到日照效果的因素还有达到规定的日照时数 是连续日照还是间断日照 笔者认为 连续日照当然效 率是较高的 但从日光的生物作用和理化作用来讲 两 者的差异并不很大 因此除特殊要求外 如幼儿园建 筑 老人公寓等 一般可按间断日照计算 三 关于选定窗宽的讨论 居住建筑窗的宽度差别 很大 并有越来越宽的趋势 日照分析中计算的是满窗 日照时间 这样就产生了矛盾 较宽的窗采光本来就具 有优势 而窗的日照时间计算值却往往偏小 反之亦 然 这样就涉及到在日照分析中如何确定窗宽的问题 住宅设计规范 第3 2 1 条第三款规定 兼起居室的 卧室其使用面积不应小于1 2 m 2 第5 1 3 条规定卧室 起居室的窗地面积比最低值为1 7 按这个比值计算 窗的面积应不小于1 7 1 m 2 住宅窗高一般为1 5 0 m 落 地窗除外 1 2 0 m 宽的窗就可以满足住宅采光标准的 要求 1 2 m 1 5 m 1 8 m 2 现实中住宅窗宽1 5 0 m 1 8 0 m 的居多 因此日照分析中的窗宽取值应以这两个 宽度指标为主 在一个分析项目中尽量统一数据 以便 于根据窗宽来确定入射角 这样作的结果误差很小 但 可使计算简化 对于窗台较低的落地窗 其窗台高度的取值对满 窗日照时间也会产生影响 主要表现在对从前排建筑物 屋顶投射的日照的影响 同宽窗的情况一样 如果窗 台高度取值较小 窗的光照很充足而满窗日照时间的计 算值却偏小 这显然也是不合理的 在这种情况下日照 点应取距室内地坪0 9 m 高的外墙位置 四 关于建筑细部的讨论 一个居住建筑 免不了 要有阳台 线条等悬挑构件 在日光与墙面夹角较小的 情况下 这些