选择合理的住宅建筑朝向是住宅群体布置中首先考虑的问题。影响住宅朝向的因素很多,如:地理纬度、地段环境、局部气候特征及建筑用地条件等。常常会出现这样的情况:理想的日照方向也许恰恰是最不利的通风方向,或者在局部建筑地段(如道路、地形的影响)不可能成立。因此,“良好朝向”或“最佳朝向”范围的概念是一个具有地区条件限制的提法,它是在只考虑地理和气候条件下对朝向的研究结论。至于使用,则还需根据地段环境的具体条件加以修正。
从半坡遗址中可以发现,早在6000年前原始公社穴居时期,洞穴的门基本朝向南方,这也可以说是北半球人类经过长期的认识和实践对住宅朝向认识总结的最早例证。我国大部分地区处于北温带,房屋“坐北朝南”是尽人皆知的良好朝向。主要的原因在于太阳的运行规律使这种朝向的房屋冬季太阳可以最大限度的射入室内,同时南向外墙可以得到最佳的受热条件,而夏季则正好相反。但是人们并不仅仅满足于这种认识,企图从定量的观点作进一步的探讨。“最佳朝向”及“最佳朝向范围”的概念是对各地日照和通风两个主要影响朝向的因素,通过观察、实测后整理出的成果。
朝向选择需要考虑的因素有以下诸点:
(1)冬季能有适量并具有一定质量的阳光射入室内。
(2)炎热季节尽量减少太阳直射室内和居室外墙面。
(3)夏季有良好的通风,冬季避免冷风吹袭。
(4)充分利用地形和节约用地。
(5)照顾居住建筑组合的需要。
其中日照和通风是评价住宅室内环境质量最主要的标准。
无论是温带还是寒带,必要的日照条件是住宅里所不可缺少的,但是对不同地理环境和气候条件下的住宅在日照时数和阳光照入室内深度上是不尽相同的。建筑物墙面上的日照时间,决定墙面接受太阳辐射热量的多少。由于冬季和夏季太阳方位角的变化幅度较大,各个朝向墙面所获得的日照时间相差很大。因此,应对不同朝向墙面在不同季节的日照时数进行统计,求出日照时数日平均值,作为综合分析朝向时的依据。另外,还需对最冷月和最热月的日出、日落时间作出记录。在炎热地区,住宅的多数居室应避开最不利的日照方位(即下午气温最高时的几个方位)。住宅室内的日照情况同墙面上的日照情况大体相似。对不同朝向和不同季节(例如冬至日和夏至日)的室内日照面积及日照时数进行统计和比较,选择最冷月有较长的日照时间和较多的日照面积,而在最热月有较少的日照时间和最少的日照面积。
太阳辐射包括直射和散射,此处只考虑太阳直射影响〔以单位时间在单位面积上的辐射值表示:cal/(cm 2 ·d)〕。一般包括两个方面:一是最冷月和最热月的太阳累计辐射强度;一是太阳直射强度日变化曲线与日气温曲线的关系。例如:由北京地区的太阳辐射量图(图2-6-1)可以知道,冬季各朝向墙面上接受的太阳直射辐射热量以南向为最高〔3948kcal/(m 2 ·d)〕,东南和西南次之,东、西则更少,分别为1011kcal/(m 2 ·d)和1309kcal/(m 2 ·d)。而在北偏东或西30°朝向的范围内,冬季接受不到太阳的直射辐射热。夏季以东、西为最多,分别为1716kcal/(m 2 ·d)和2109kcal/(m 2 ·d),南向次之为1192kcal/(m 2 ·d),北向最少为724kcal/(m 2 ·d)。由于太阳直辐射强度一般是上午低、下午高,所以无论是冬季或夏季,墙面上接受的太阳辐射量,都是偏西比偏东的朝向稍高一些。
图 2-6-1 太阳辐射量
在一天的时间里,太阳光线中的成分是随着太阳高度角的变化而变化的。其中紫外线量与太阳高度角成正比(表2-6-1)。正午前后紫外线最多,日出后及日没前最少(图2-6-2)。实际证明,冬季以南向、东南和西南居室内接受紫外线较多,而东、西向较少,大约为南向的一半,东北、西北和北向居室最少,约为南向的1/3左右。因此,选择朝向对居室所获得的紫外线量是应予以重视的,它是评价一个居室卫生条件的必要因素。
不同高度角时太阳光线的成分 表2-6-1
主导风向直接影响冬季住宅室内的热损耗及夏季居室内的自然通风。因此,从冬季的保暖和夏季降温考虑,在选择住宅朝向时,当地的主导风向因素不容忽视。另外,从住宅群的气流流场可知,住宅长轴垂直主导风向时,由于各幢住宅之间产生涡流,从而影响了自然通风效果。因此,应避免住宅长轴垂直于夏季主导风向(即风向入射角为零度),从而减少前排房屋对后排房屋通风的不利影响。
在实际运用中,当根据日照和太阳辐射已将住宅的基本朝向范围确定后,再进一步核对季节主导风时,会出现主导风向与日照朝向形成夹角的情况。从单幢住宅的通风条件来看,房屋与主导风向垂直效果最好。但是,从整个住宅群来看,这种情况并不完全有利,而往往希望形成一个角度,以便各排房屋都能获得比较满意的通风条件。
根据上述所应考虑的四个方面,各地区对当地的日照和风向条件进行过实测和分析,并总结出了当地住宅的最佳朝向和适宜朝向的建议(表2-6-2),供城市规划和居住建筑群体布置时作为朝向选择的参考。
图 2-6-2 日照量与紫外线的时间变化
全国部分地区建议建筑朝向 表表2-6-2
续表2-6-2