胡佳佳 （安徽建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院，安徽 合肥 230022）

1 引言

靜態(tài)采光評(píng)價(jià)指標(biāo)主要在CIE全陰天理想情況下對(duì)室內(nèi)的采光情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，難以很好地反映天然采光的真實(shí)狀況,對(duì)采光設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用同樣存在一定的局限性。根據(jù)天然采光基本理論，天然光是隨著太陽(yáng)、天空狀況、地理位置、建筑空間等特性和室外環(huán)境狀況等因素的變化而動(dòng)態(tài)變化的。對(duì)比傳統(tǒng)靜態(tài)采光評(píng)價(jià)指標(biāo),動(dòng)態(tài)采光評(píng)價(jià)指標(biāo)考慮了建筑朝向、地理位置、天空類(lèi)型多樣化以及采光輔助系統(tǒng)的應(yīng)用,對(duì)反映室內(nèi)天然采光狀況能更為真實(shí)。在《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GBT 50378-2019）中將動(dòng)態(tài)采光作為室內(nèi)采光的重要指標(biāo)，如：①住宅建筑室內(nèi)主要功能空間至少60%面積比例區(qū)域，其采光照度值不低于300Lx的小時(shí)數(shù)平均不少于8 h/d；②公共建筑室內(nèi)主要功能空間至少60%面積比例區(qū)域的采光照度值不低于采光要求的小時(shí)數(shù)平均不少于4 h/d。

側(cè)窗參數(shù)是影響天然采光質(zhì)量的重要因素，參數(shù)包括開(kāi)窗朝向、窗寬、窗高、窗臺(tái)高度、透光率、位置等。本文使用斯維爾DALI采光軟件模擬分析各參數(shù)變化對(duì)室內(nèi)采光的變化影響，以合肥為分析地點(diǎn)，建筑空間類(lèi)型以辦公空間為研究對(duì)象。

2 研究模型的建立及參數(shù)設(shè)置

本文選取單間式辦公空間作為采光模擬的對(duì)象，將尺寸為3 m（開(kāi)間）×7.0 m（進(jìn)深）×2.7 m（凈高）的辦公空間作為標(biāo)準(zhǔn)辦公室模型，窗的寬度記作w，窗高度記作h，窗臺(tái)高度記作d，暫不考慮窗欞對(duì)窗戶采光的影響，窗的尺寸參數(shù)具體按照研究類(lèi)別說(shuō)明確定，模型如圖1所示。計(jì)算房間室內(nèi)各表面的反射率，見(jiàn)表1，在研究窗玻璃透射率對(duì)采光表現(xiàn)的影響時(shí)則用τ值進(jìn)行說(shuō)明。

圖1 研究模型

3 窗戶尺寸變化對(duì)室內(nèi)采光時(shí)長(zhǎng)的影響分析

以《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GBT 50378-2019）中公共建筑室內(nèi)主要功能空間至少60%面積比例區(qū)域的采光照度值不低于采光要求的小時(shí)數(shù)平均不少于4 h/d為依據(jù)，在保持其他參數(shù)不變的前提下，通過(guò)改變窗戶參數(shù)，研究全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)的變化情況與是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1 窗戶高度對(duì)室內(nèi)采光效果的影響

窗戶寬度為1.5 m，窗臺(tái)高度為0.9 m，窗戶高度分別設(shè)置為0.6 m、0.9 m、1.2 m、1.5 m，分別分析4個(gè)朝向在對(duì)應(yīng)窗戶高度時(shí)室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光的平均時(shí)長(zhǎng)，具體模擬結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2中數(shù)據(jù)總結(jié)室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)隨著窗戶高度增加的變化趨勢(shì)，具體變化見(jiàn)表3。

保持窗臺(tái)高度與窗戶寬度不變，隨著窗戶高度的增加，采光口面積增加，室內(nèi)采光量增加，室內(nèi)采光效果更好。從表3可看出，4個(gè)朝向均表現(xiàn)出隨著窗戶高度增加，全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)逐步增加。在研究模型中，室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)達(dá)到4 h/d時(shí)，窗戶高度至少設(shè)為1.2 m時(shí)才能達(dá)到《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GBT 50378-2019）中的采光要求。

參考房間材料光學(xué)參數(shù) 表1

窗戶高度變化對(duì)室內(nèi)采光效果影響分析 表2

3.2 窗戶寬度對(duì)室內(nèi)采光效果的影響

窗戶高度為1.5 m，窗臺(tái)高度為0.9 m，窗戶高度分別設(shè)置為0.6 m、0.9 m、1.2 m、1.5 m、1.8 m、2.1 m、2.4 m、2.7 m，分別分析4個(gè)朝向在對(duì)應(yīng)窗戶寬度時(shí)室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光的平均時(shí)長(zhǎng)，具體模擬結(jié)果如表4所示

根據(jù)表4中數(shù)據(jù)總結(jié)室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)隨著窗戶寬度增加的變化趨勢(shì)，具體變化見(jiàn)表5。

窗戶高度變化對(duì)室內(nèi)采光時(shí)長(zhǎng)的影響 表3

窗戶寬度變化對(duì)室內(nèi)采光效果影響分析 表4

窗戶寬度變化對(duì)室內(nèi)采光時(shí)長(zhǎng)的影響 表5

保持窗臺(tái)高度與窗戶高度不變，隨著窗戶寬度的增加，采光口面積增加，室內(nèi)采光量增加，室內(nèi)采光效果更好。從表5可看出，四個(gè)朝向均表現(xiàn)出隨著窗戶高度增加，全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)逐步增加。在研究模型中，室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)達(dá)到4 h/d時(shí)，窗戶寬度至少設(shè)為1.2 m時(shí)才能達(dá)到《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GBT 50378-2019）中的采光要求。

3.3 窗臺(tái)高度對(duì)室內(nèi)采光效果的影響

窗戶高度為1.5 m，窗戶寬度為1.2 m，窗戶高度分別設(shè)置為0 m、0.3 m、0.6 m、0.9 m、1.2 m、1.5 m，分別分析4個(gè)朝向在對(duì)應(yīng)窗臺(tái)高度時(shí)室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光的平均時(shí)長(zhǎng)，具體模擬結(jié)果如表4所示。

根據(jù)表6中數(shù)據(jù)總結(jié)室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)隨著窗戶寬度增加的變化趨勢(shì)，具體變化見(jiàn)表7。

保持窗戶高度與窗戶寬度不變，采光口面積不變，但是隨著窗戶高度的增加，窗戶類(lèi)型存在低側(cè)窗與高側(cè)窗的區(qū)別，對(duì)室內(nèi)采光影響會(huì)產(chǎn)生不同的作用。從表7可看出，四個(gè)朝向均表現(xiàn)出隨著窗臺(tái)高度增加，在一定的范圍內(nèi)室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)逐步增加，達(dá)到一個(gè)峰值，隨后隨著窗臺(tái)高度增加室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)呈現(xiàn)逐步降低的趨勢(shì)。在研究模型中，東朝向滿足室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)達(dá)到4 h/d時(shí)，窗臺(tái)高度需要設(shè)為0.9 m或1.2 m；南朝向滿足室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)達(dá)到4 h/d時(shí)，窗臺(tái)高度需要設(shè)為0.6 m～1.5 m范圍內(nèi)；西朝向滿足室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)達(dá)到4 h/d時(shí)，窗臺(tái)高度需要設(shè)為0.6 m～1.2 m范圍內(nèi)；北朝向滿足室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)達(dá)到4 h/d時(shí)，窗臺(tái)高度需要設(shè)為0.9 m或1.2 m。

4 窗地面積比變化分析

窗地面積比是影響辦公空間室內(nèi)自然光環(huán)境的重要因素，側(cè)窗面積變化導(dǎo)致進(jìn)入建筑室內(nèi)的光通量不同，室內(nèi)工作面采光質(zhì)量均會(huì)變化，不同平面形式的辦公空間采用相同面積的側(cè)窗時(shí)，室內(nèi)的采光效果也有差異，在改變窗戶尺寸參數(shù)時(shí)，會(huì)直接影響窗地面積比。本節(jié)在上文中建立的辦公空間模型的基礎(chǔ)上，單獨(dú)設(shè)置3組建筑面積為21.6㎡的辦公空間模型，平面開(kāi)間與進(jìn)深尺寸分布為4.5 m×4.8 m、5.4 m×4.0 m、3.6 m×6.0 m，窗臺(tái)高度設(shè)置為0.9 m，保持辦公室模型室內(nèi)凈高、窗臺(tái)高度、玻璃材料透射率等不變的前提下，分別模擬窗地面積比為22%、25%、29%、32%時(shí)3組辦公空間室內(nèi)動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)，通過(guò)對(duì)比分析總結(jié)滿足辦公空間室內(nèi)自然采光的最小窗地面積比。窗地面積比變化時(shí)側(cè)窗尺寸示意圖如圖2所示。模擬得到3種平面形式的辦公空間不同窗地面積比室內(nèi)采光系數(shù)分布圖如表8所示，動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)計(jì)算表如9所示。

窗臺(tái)高度變化對(duì)室內(nèi)采光效果影響分析 表6

由表8可知，3種平面形式的辦公空間窗地面積比越大，室內(nèi)紅色、黃色和綠色的面積越大，藍(lán)色區(qū)域面積越小，室內(nèi)采光效果越好，達(dá)到采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值3.3%的比例越大；開(kāi)間進(jìn)深為5.4 m×4 m的辦公空間窗地面積比為22%時(shí)，工作面近窗墻角部分為亮藍(lán)色，說(shuō)明此區(qū)域采光系數(shù)值較低，在1.76%左右，不能滿足采光要求；開(kāi)間進(jìn)深為4.5 m×4.8 m的辦公空間增大窗地面積比后，遠(yuǎn)窗部分藍(lán)色區(qū)域面積減少的較為明顯，在遠(yuǎn)窗墻角部分存在較小區(qū)域?yàn)樗{(lán)色，采光系數(shù)值在1.0%左右；開(kāi)間進(jìn)深為3.6 m×6.0 m的辦公空間增大窗地面積比后，遠(yuǎn)窗部分藍(lán)色區(qū)域面積依然較大，采光系數(shù)值低于3.3%。

圖2 三組辦公空間立面?zhèn)却俺叽缡疽鈭D(mm)

窗臺(tái)高度變化對(duì)室內(nèi)采光時(shí)長(zhǎng)的影響 表7

不同窗地面積比室內(nèi)采光系數(shù)分布圖 表8

各平面開(kāi)間辦公空間室內(nèi)采光平均時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)表 表9

從表9可以看出，3種平面在窗地面積比增加的條件下，室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)均表現(xiàn)出增加的特點(diǎn)，且均能滿足室內(nèi)全年動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)達(dá)到4 h/d時(shí)的要求。

5 玻璃透光率變化分析

玻璃是建筑側(cè)窗重要的構(gòu)成部分，不同的玻璃材料透光率不同，采用不同透光率的玻璃材料時(shí)辦公空間室內(nèi)的自然采光效果有所不同。窗臺(tái)高度為0.9 m，側(cè)窗尺寸為1.5 m（寬度）×1.5 m（高度），窗地面積比為0.12，窗墻面積比為0.39。在保持側(cè)窗面積、尺寸、位置、室內(nèi)各表面的反射比不變的前提下，模擬室內(nèi)動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)的變化，玻璃類(lèi)型見(jiàn)表10，具體分析結(jié)果如表11所示。

玻璃透光率越大，進(jìn)入室內(nèi)的光線越多，室內(nèi)采光效果越好。通過(guò)表11中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在研究模型中，隨著玻璃透光率的增加，室內(nèi)動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)有所增加。

6 結(jié)論

根據(jù)上文對(duì)辦公空間室內(nèi)動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)的模擬分析，可發(fā)現(xiàn)通過(guò)增加窗戶的寬度、高度以及玻璃透光率能有效增加室內(nèi)動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)；對(duì)于改變窗臺(tái)高度，需要設(shè)置合理的高度，否則會(huì)降低室內(nèi)動(dòng)態(tài)采光平均時(shí)數(shù)；對(duì)于窗地面積比的設(shè)置，設(shè)置為22%即能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

玻璃性能參數(shù)統(tǒng)計(jì)表來(lái)源:《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》 表10

玻璃透光率變化對(duì)室內(nèi)采光效果的影響 表11

對(duì)于采光較差的既有建筑，在改善室內(nèi)光環(huán)境時(shí)，可根據(jù)具體條件對(duì)外窗參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，營(yíng)造一個(gè)更為綠色的建筑光環(huán)境。對(duì)于新建建筑的設(shè)計(jì)，本文有著一定的借鑒意義，在建筑光環(huán)境的設(shè)計(jì)時(shí)須充分考慮窗戶參數(shù)對(duì)室內(nèi)光環(huán)境的影響與綠色建筑的設(shè)計(jì)要求，做好綠色建筑設(shè)計(jì)。