浅谈建筑方案的天然采光性能分析

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【摘 要】本文就当前建筑方案的天然采光性能的设计方式进行分析，提出其相关的技术措施和设计方案。

【关键字】建筑方案；天然采光；性能；绿色建筑

1 引言

近年来，随着各种能源问题和环境问题不断的涌现，使得人们在生活中各个生活物质需求都朝着节能环保的方向发展。由于天然采光可降低建筑照明能耗，其在当前建筑工程项目设计的过程中的应用不断的成熟和快速发展，成为当前社会有效保护环境的主要方法。

随着社会的发展，大量不同方式的天然采光设计方案在实践中得以应用，为建筑工程单位的设计提供了理论依据。逐时模拟软件能够计算各种采光部件的采光系数和全年采光满足率，但其在使用的过程中对建筑规模要求复杂，计算时间长，很难对其建筑施工手段和施工技术进行简短的分析和处理措施。现有的经验公式尽管速度快、操作简便，但是在机选的过程中对采光系数计算不够，形成其采光中的缺陷。这两种计算方法都仅仅能计算单个采光部件的采光效果。不能反映建筑整体的天然采光效果，也无法分析建筑造型、平面布局、立面设计的影响。为了提高建筑方案的采光水平，使天然采光技术能融入到方案构思中。需要在现有采光模拟计算软件的基础上研究简便、快捷的天然采光性能分析、设计方法。

2 模拟软件

目前，常用的采光模拟软件有ADELINE、SUPERLITE、Radiance以及Daysim。其中Daysim是基于Radiance计算核心，以DA作为全年天然采光评价指标。软件误差不超过10％，与同类软件相比可获得较高精确度。

3 侧窗采光分析

影响建筑侧窗采光性能的因素包括窗墙比、窗台高、玻璃可见光透过率、室内墙体表面反射比、朝向、遮阳百叶设置等参数，方案阶段主要研究窗墙比、玻璃可见光透过率和朝向对采光性能的影响。距离侧窗距离越远，采光影响越小，影响范围大致为3．7米左右…，本文按4米考虑，房间进深均为10米，层高4米，室内工作平面高750ram。对不同窗墙比(0．3≤∞≤0．7)和不同玻璃可见光透过率r(0．4≤r≤0．8)组合的案例进行详细模拟计算。

4 中庭采光分析

影响中庭采光性能的因素较多。主要包括中庭形式(光井指数WI)、中庭四壁开口面积、天窗开口面积、天窗玻璃可见光透过率、天窗形式、中庭底层反射比、中庭四壁平均反射比。方案设计阶段主要关心对建筑内部空间和围护结构参数影响较大的中庭形式、天窗开口面积、玻璃可见光透过率、天窗形式、周边区开口面积对采光的影响。在广州某创意办公楼的设计工程中，就充分考虑到自然采光对建筑的影响，在建筑朝向南向的位置（包括中庭部分）设计采用了由低至高的退台形式，一方面可以形成一定的水平遮阳效果，另一方面退台位置可根据需要设置太阳能光伏板；而东西两个方向，则采用反退台的形式（由高至低向内退缩），这样的设计在保证办公环境有较舒适的漫射采光的同时，又避免了直射阳关造成的眩光问题和东西两向的日照问题。

4.1 中庭底层采光

屋顶可见光等效透过率r。，(天窗可见光透过率与屋顶天窗面积比例的乘积)和光井指数WI对中庭底层采光影响较大。对建筑层高4米、层数6层、中庭长20米、宽20米的建筑、顶部为平开窗、玻璃可见光透过率0．6的案例，分别计算不同WI和|r。，值的DA变化规律，随着wI值的增大，DA值降低，下降的趋势分两个不同的阶段；当WI值小于1．5时，DA开始下降缓慢，随后下降迅速；当WI值大于1．5时，DA下降趋势则由快变慢；随着r。，的增大，DA呈负指数增大。根据DA变化特点，采用分段函数进行拟合。

4.2 中庭周边区

中庭周边区域获得的太阳光比外区通过外窗获得的太阳光要少，天然采光主要作用区域一般不会超过4米…。中庭光井指数(wI)和屋顶可见光等效透过率(～。)是影响中庭周边区域采光效果的主要影响因素。选择设置两种案例：①Troe，值取0．7，改变不同的中庭尺寸使WI值在0．67—2．7之间变化，详细设置参见表3；②中庭截面尺寸为20m×20m，层数为6层，r。，值在0．3—0．7之间变化。计算时，周边区与中庭之间开口取值为80％，窗户(单层玻璃)可见光透过率取值为80％。利用Daysim采光模拟软件计算全年的DA和DA…值，。随着WI值的增大，DA和DA…值降低，且当WI大于2．0以后，DA和DA。。。几乎不变；随着屋顶等效可见光透过率的增大，DA和DA…值呈线性增加。根据DA和DA。。随r。，和WI的变化特点，计算公式可表示为DA=茹1·(．r。+石2)·(1+X3eq‘…1) (4) 当WI在0．67-2．7之间变化、'l'roof值在0．3—0．7之问变化时，利用Daysim对不同WI和Troof组合的案例进行模拟计算，对计算结果回归分析可得式(4)中的系数茗。

5 建筑构件对采光的改善

在实际设计中，我们还可以通过建筑构件的设计，来达到我们需要的自然采光的需求。例如，我们在上述办公楼中，于楼板2.4米高位置，设置了一块表面涂有反射材料的轻质遮阳板，（主要在南向）它的作用可以说在避免了办公空间临窗位的阳光直射问题的同时，又通过上层表面的反射效应将更多的自然光线引入室内进深较大的位置，极大的改善了整个室内办公空间的采光环境。（如图）同时还可以利用水平构件端部设置一些绿色攀爬植物来进一步减弱直射阳光的危害，并结合构件形成集采光、通风为一体的新型建筑立面构件。

6 总结

方案阶段，通过计算机模拟辅助天然采光设计以及对建筑本身体型控制及立面构件的处理，在使用的过程中能方便、快捷地分析建筑整体采光性能，因此在当前建筑工程中被广泛的应用。