以太阳高度角来衡量日照质量的多层南倾式住宅 【技术领域】
本发明涉及住宅建筑，特别是一种室内空间多次逐层外伸，并以太阳高度角来衡量日照质量的多层南倾式住宅，是对现有南倾式住宅的改进。
背景技术
住宅建设，既是提高人民生活质量的重要问题，又是国民经济的重要支柱，其发展可以带动一大批工业企业群。
为了在住宅建设和旧城住宅改造中获得重要的经济效益、环境效益和社会效益，国家和建筑界的技术人员一直在进行不懈的努力，但一直难以取得重大的突破。这里的原因是住宅建设的经济效益和环境效益之间很是矛盾，难以调和。1993年有关研究人员建成了一批南倾式住宅，目的是降低过高的土地开发费用，建成后其经济效益相当可观，房价降低了36.23％，可是住宅的环境质量却使人难以认可。
住宅小区的环境质量，应该通过规划设计等努力加以解决。南倾式住宅还有适应地理纬度、控制适当的建筑间距、合理的住宅室内日照质量等与住宅内部环境质量有关的问题。
住宅地日照质量问题，从理论上可以找到以下两种可以与之对比的或比较正确的技术方案。其一、与传统的普通多层住宅设计方法对比：普通的多层住宅(注：本发明讨论的一律为南向住宅，下同。)的垂直横剖面的朝南沿墙，墙面是垂直地面的砌体及门、窗。如果每户有两间或两间以上朝南的住室，一间南面因为上层住户有阳台，所以它的水平遮阳宽度是1.5m左右，即上层阳台宽；另一间(或一间以上)住室，在江南地区，窗上沿多用50公分左右的遮阳、挡雨板。北方，尤其是东北地区，则根本不用遮阳板，这都是根据建设地域的地理纬度和日照强度确定的。因为高纬度地区，夏日较短、冬日很长且严寒，人们希望室内得到更多的日照和温暖。与此相反，低纬度地区，如广州市(北纬23°08′)附近，因为该地区靠近太阳北回归线(北纬23°27′)，夏日特别长，几乎没有冬天，日照辐射强度大，当地绝大多数居民希望有更多的遮阳，以防烈日曝晒。因此，除了北回归线附近有些特殊，全国绝大多数地区，根据传统的普通住宅的标准，南倾式住宅一间南室前面可以有1.5m左右宽阳台的遮阳，另外一间(或一间以上)南室应当有更好的日照质量。其二是，对于南倾式住宅，因为它的南沿室内由下至上逐层外伸南倾，宏观上看，南倾式住宅南沿下层，是一与楼梯台阶相似的斜线外伸，而非普通南沿墙的垂直地面的直线，因此，对这一段，看似台阶形，宏观上为斜线段的临近的室内空间和墙上的门、窗，必须以太阳高度角来衡量，检查多层住宅每个朝南窗的日照质量，以确保每层住户的每个朝南窗洞得到较好的日照质量。
本发明是在中国专利94116296.6和96112392.3的基础上提出的一种南倾式住宅，在名称为“分层次外伸的南倾式住宅”的中国专利96112392.3中，采用了“其特征是：住宅相对有南倾的相邻外伸中，室内空间与阳台均交错向南伸出”及南伸部分的遮阳宽度不超过1.8m的技术方案。从其附图中可以清楚的看到，完全实现了其阳台与室内空间交错外伸和遮阳宽度不超过1.8m的特征，住宅绝大部分层次前室的日照质量达到了与传统的多层住宅相一致的要求，唯一不足的是：从该专利说明书中的附图中可以看到，二层和三层住宅的二个前室，都有宽度为1.5m左右的遮阳，经分析：一个前室在阳台下遮阳，是合理的，应该接受；另一个前室，为了使上层室内空间外伸，而造成1.5m左右宽的遮阳，而使下层前室日照质量达不到传统的多层住宅相同或相近的要求，因此必须进一步改进。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种日照和采光质量得到改善的以太阳高度角来衡量日照质量的多层南倾式住宅。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该种以太阳高度角来衡量曰照质量的多层南倾式住宅，该住宅南面向外伸出，北面上部成斜坡形倾斜状或台阶形倾斜状，其特征在于该住宅南面的室内空间有以倾斜形外伸建筑节点的形状向南外伸的设计，以确保下层住宅得到的日照有很好的太阳高度角。
所述的倾斜形外伸建筑节点为台阶形外伸建筑节点。
所述的倾斜形外伸建筑节点为斜坡形外伸建筑节点。
所述的台阶形外伸建筑节点为：室内空间的南面墙的墙体在本层楼板南端先垂直上升，至窗台处以平板水平南伸，再在水平南伸板的南端梁上垂直砌筑墙体并安装本层的南向窗。
所述的斜坡形外伸建筑节点为：室内空间的南面墙呈斜坡状且其南伸程度由下至上连续增加，其可以是普通移窗形式、玻璃幕墙形式或落地大玻窗形式的墙体。
住宅相对有南伸的相邻外伸层中，上层的楼板相对于下层的南面墙的顶端向南伸出有40～50公分宽，以满足可能的遮阳需求。
在北纬40度及以北地区，住宅下层室内所能获得日照的太阳高度角至少大于或等于当地大暑日中午12时的太阳高度角。
在北纬40度至北纬23°08′，住宅下层室内所能获得日照的太阳高度角至少大于或等于当地大暑日上午11时的太阳高度角，而北纬23°08′及以南地区一律以北纬23°08′同等情况考虑。
在长江流域附近及以南需要有日照遮阳的地区，住宅下层室内所能获得日照的太阳高度角至少大于或等于当地大暑日上午11时的太阳高度角，而北纬23°08′及以南地区一律以北纬23°08′同等情况考虑。
与现有技术相比，本发明的优点在于：1、因住宅南面的室内空间有以倾斜形外伸建筑节点的形状向南外伸的设计，增大了相对南伸部分南端所形成的“阻光点”与下层窗顶之间的高度差，甚至达到了基本上使“阻光点”消失的结果，从而显著改善了下层住室的日照和采光质量；2、本发明既可满足高纬度地区严寒时所需的全部(或接近全部)日照，又能满足低纬度地区酷暑时所需遮阳，因而与普通住宅相比较而言，更为科学而合理。
【附图说明】
图1为依据本发明提出的以太阳高度角来衡量日照质量的多层南倾式住宅一至二层的平面图；
图2为依据本发明提出的以太阳高度角来衡量日照质量的多层南倾式住宅四层的平面图；
图3为依据本发明提出的以太阳高度角来衡量日照质量的多层南倾式住宅五层的平面图；
图4为依据本发明提出的以太阳高度角来衡量日照质量的多层南倾式住宅六层的平面图；
图5为依据本发明提出的以太阳高度角来衡量日照质量的多层南倾式住宅的东立面图；
图6为图1的J-J剖面图；
图7为图1的K-K剖面图(含台阶形外伸建筑节点)；
图8为类似于图1的K-K处的剖面图(含普通移窗形式的斜坡形外伸建筑节点)；
图9为图1的K-K剖面图(含设有遮阳的台阶形外伸建筑节点)；
图10为类似于图1的K-K处的剖面图(含设有遮阳的普通移窗形式的斜坡形外伸建筑节点)；
图11为图7中所示的台阶形外伸建筑节点大样；
图12为图8中所示的普通移窗形式的斜坡形外伸建筑节点大样；
图13为落地大玻窗及玻璃幕墙形式的斜坡形外伸建筑节点大样；
图14为图9中所示的设有遮阳的台阶形外伸建筑节点大样；
图15为图10中所示的设有遮阳的普通移窗形式的斜坡形外伸建筑节点大样；
图16为台阶形外伸建筑节点虚设有遮阳板时的太阳高度角分析图。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明作进一步详细描述。
在对本发明作详细描述前，先对日光照射线予以说明：日光照射线(或称太阳射线)是从前幢的北沿口1照射到后幢底层地面C轴(参见图5～图8)，惟独楼梯间北沿口2超出(或者说挡碍)日光照射线，但按本专业行规，楼梯间北沿口2是允许超出日光照射线的。
附图中所有垂直剖面图中所示的太阳射线与水平线的夹角α，是该种形状的建筑节点能获得的日照太阳高度角。各种建筑节点，都以一个楼层高度表示(即从上层窗台到下层窗台)。需指出的是，下述的各种建筑节点，其上、下层可根据设计需要进行组合。再者，如上层的上层确实对下层的日照造成影响，则设计时可另行加以如实考虑。按一般建筑惯例，屋顶沿口如有沿沟、沿口等挑出(参见图7、图8)，是其他的功能需要或故意造成阴影等建筑效果，按建筑惯例，其对下层的日照影响不予考虑。
如图7～图10，示出了本发明所述的以太阳高度角来衡量日照质量的多层南倾式住宅的几种具体设计方式，另外，如图11～图15示意出了上述几种具体设计方式的外伸建筑节点大样。从图中可以看出：该住宅南面向外伸出，北面上部成斜坡形倾斜状，当然也可以设计成台阶形倾斜状，其南面的室内空间有以倾斜形外伸建筑节点的形状向南外伸的设计，以确保下层住宅得到的日照有很好的太阳高度角。并且前述的倾斜形外伸建筑节点又可分为台阶形外伸建筑节点和斜坡形外伸建筑节点两种设计形式；而斜坡形建筑节点又可根据需要将其南面墙设计成普通窗形式、玻璃幕墙形式或落地大玻窗形式的墙体；此外，还有为满足长江流域及长江流域以南区域(具体区域范围可参照“中国建筑气候区划图”中的III、IV类区域确定)对住室需设置遮阳的一般要求的更进一步的具体设计。现详述如下：
图7及图11所示意的是一种设计有台阶形的外伸建筑节点的住宅，其室内空间的南面墙的墙体在本层楼板3南端先垂直上升，至窗台4处以钢筋砼板5等平板水平南伸，再在水平南伸钢筋砼板5的南端梁6上垂直砌筑墙体并安装本层的南向窗7。在更进一步说明台阶式外伸建筑节点前，先介绍一下住宅的窗洞标准设计，住宅的前窗窗台4(参见图11)高度为0.9m，标准窗高为1.5m，也就是说，窗台4比内地坪高0.9m，窗顶比内地坪高2.4m。这种设计符合安全及建筑结构构造需要等原则。关于目前有些住宅采用落地大玻窗等，需要说明的是，他们在建筑立面新颖等方面有些作用，但这种做法在建筑物理上，比如合理采光率、室内保温等是不尽合理的。台阶形外伸建筑节点以标准窗的安装高度为参考标准。但由于情况的复杂性，窗台4和窗顶的标高可能略有升降 (以下情况同)。台阶式外伸建筑节点的具体实施可以是：在本层楼板3上，墙体垂直上升，在窗台4处以钢筋砼板5水平外伸，钢筋砼板5的上面或下面做保温层，上部饰面后，窗台4高度接近0.9m，钢筋砼板5外伸的南端梁6上安装本层的南向窗7和砌筑外墙。这时，钢筋砼板5外伸的南端梁6下的阻光点8与下层南向窗7窗洞的中点(即检测点，其位于室内地坪1.65m高处)的连线与水平线的夹角，即为本技术设计的检测点能得到日照的太阳高度角α。本设计利用传统的垂直砌体和钢筋砼板5，所以其操作方法容易为施工人员所接受。
图8及图12所示意的是一种设计有普通移窗形式的斜坡形外伸建筑节点的住宅，其室内空间的南面墙呈斜坡状且其南伸程度由下至上连续增加，其采用钢筋砼墙体，墙体的内或外设置有保温层，普通移窗9则嵌装在墙体骨架中，完全消除了上层住室对下层住室的阻光点。
图13示意的是设计有另一种斜坡形外伸建筑节点的住宅，其与图8及图12所示的设计的差别在于它采用的是落地大玻窗或玻璃幕墙形式，完全消除了上层住室对下层住室的阻光点。
住宅是对人们的生活有重大关系的重要物业产品，而住宅“日照”又是住宅必需考虑的必备条件。本申请研究住宅“日照”的同时，必需研究与“日照”相关的低纬度地区的“日照遮阳”问题。 “日照”对住宅和住户的影响，随着低纬度地区到高纬度地区的地理变化，所在地的日照强度、日照时间等情况有很大的不同。各个地区人们对“日照”和“遮阳”的要求是不同的。我国高纬度地区，如东北地区，在建筑气候区划图上属于I类地区，另外如同等纬度的西部地区，属寒冷或严寒地区，冬季较长，人们希望住宅多给日照。而低纬度地区，(如广东、海南岛等地，属建筑气候区划图上的III、IV类地区，及同等纬度的西部地区)，有些地方终年几乎没有冬天，而夏秋季漫长，气候炎热，人们希望住宅有一定的遮阳。而“遮阳”的多少，又和地理气候或纬度有很大关系。“建筑日照设计”一书中，第五章“遮阳设置的条件”中指出：“…南方炎热地区…，1、室内气温在29℃以上；2、太阳辐射强度大于240千卡/米2·时；3、阳光照射室内深度大于0.5米；4、阳光照射室内的时间超过1小时。同时具备前述四项条件或具备前述条件中的前两项时，即可设置遮阳。事实上，长江以南，就有杭州、南京、武汉及重庆等四大火盆，气温可高达近40℃，所以长江以南住宅，普遍使用遮阳板，尤其以窗上的水平遮阳板使用最多。水平遮阳板的宽度在0.5米左右(较小宽度为0.4米，北纬23°00′时水平遮阳板宽度较大)。
由于长江流域附近及其以南的低纬度地区普遍有夏日住宅遮阳的要求，则本发明提出了含遮阳的外伸建筑节点，其为遮阳而外伸的水平段的南端即为下层窗洞接受太阳高度角的检测点。以下详细描述两种带遮阳的设计：
图9及图14所示意的是为满足可能的遮阳需求而对具台阶形外伸建筑节点住宅的改进，其具体做法是：住宅相对有南伸的相邻外伸层中，上层的楼板相对于下层的南面墙的顶端向南伸出有40公分宽，作为下层住室的遮阳。
图10及图15所示意的是为满足可能的遮阳需求而对具斜坡形外伸建筑节点住宅的改进，其具体做法是：住宅相对有南伸的相邻外伸层中，上层的楼板相对于下层的南面墙的顶端向南伸出有40公分宽，作为下层住室的遮阳。
图1～图4分别是采用台阶形外伸建筑节点住宅第一至二层、第四层、第五层及第六层的住室平面图，由图可见，其阳台的设计有如中国专利96112392.3中所述的交错式设计。如果需作出具其他外伸建筑节点住宅各层的平面图时，只要分别根据相应的剖面图并参考图12、图13、图14或图15节点大样，作相应的改变，不难做出住宅的各种外伸设计的各层平面图，其阳台的设计完全还可以在上层时再作一次交错，即阳台从K-K剖面在三层时移至J-J剖面成封闭阳台10(参见图6)，也完全可以在上层时再作一次交错，即上层时阳台再移至K-K剖面，这就要看功能设计的需要与合理了。
对比本发明的技术内容与已授权的中国专利94116296.6、96112392.3可知，本发明设计完全符合上述两个专利的主要技术要求和大部分技术内容，同时还克服了后二者存在的不足，提高了住室的日照和采光质量。后二者的做法是在楼板处向外伸出，而外伸楼板与下层窗的垂直距离很小，外伸楼板的南端梁下成为下层窗的水平遮阳板的阻挡阳光的阻光点。本发明技术方案显然提高了阻光点8与下层窗顶的高度差(参见图11)，如台阶形外伸建筑节点，可使日照的太阳高度角有很大的提高；更进一步的技术设计方案是基本上使阻光点8消失，即下述的斜坡形外伸建筑节点(参见图12、图13)。
斜坡形外伸建筑节点(以一个楼层高度表示)，因为消除了阻光点8，所以它更为科学合理。这时候，它的倾斜的外墙面与水平线所形成的夹角α就是南向窗所能接受到日照的太阳高度角。无疑，同等层高、同等外伸尺度，斜坡形外伸建筑节点所得到的太阳高度角比台阶式外伸建筑节点大得多，同时能得到全窗日照，所以它是最合理的南伸建筑节点。
实际设计或建成的南倾式住宅，因结构原因，窗台4高度可能略有上抬，尤其因墙体倾斜原因，窗顶高度可能略有升降。因倾斜形外伸建筑节点设计法的外墙面(包括落地大玻窗、玻璃幕墙等)与水平线所形成的夹角α就是南窗接受到的太阳高度角。所以检测点在窗洞的中点或顶点都是一样的。
所有的南倾外伸建筑节点，都要对它的下层窗洞日照检测太阳高度角，并应符合本发明提出的技术要求。在需要设置遮阳的地方，都可以在它的窗顶外，增加一个虚设的宽度为40公分的水平遮阳板11，以作为检测太阳高度角的检测点和计算依据。台阶形外伸建筑节点虚设有遮阳板11时的太阳高度角的分析图如图16所示。