建筑采光部分利用采光區(qū)域的分析

鄭 文 智

(海峽(福建)交通工程設(shè)計(jì)有限公司，福建 福州 350000)

建筑采光部分利用采光區(qū)域的分析

鄭 文 智

(海峽(福建)交通工程設(shè)計(jì)有限公司，福建 福州 350000)

介紹了部分利用天然采光區(qū)域與全部利用天然采光區(qū)域的概念，采用光環(huán)境模擬軟件，對(duì)模擬房間內(nèi)的采光系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算分析，并研究了不同采光條件下窗地比與平均采光系數(shù)之間的關(guān)系，對(duì)今后設(shè)計(jì)階段的建筑采光節(jié)能評(píng)價(jià)有重要意義。

建筑，天然采光，采光區(qū)域，節(jié)能

2013年版的《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》提出部分利用天然光區(qū)域的概念，掌握部分利用天然光區(qū)域不僅有利于了解房間的采光分布情況，更有利于在計(jì)算采光節(jié)能時(shí)按區(qū)域的采光水平來(lái)劃分。

全部利用天然采光區(qū)域指在全部利用天然采光時(shí)數(shù)內(nèi)能完全滿(mǎn)足天然采光要求的區(qū)域，對(duì)于北京地區(qū)而言，Ⅲ類(lèi)光氣候區(qū)，室外設(shè)計(jì)照度值定為15 000 lx，以辦公建筑為例，規(guī)定采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值為3%，則室內(nèi)設(shè)計(jì)照度值為450 lx，因此全部利用天然采光區(qū)域可以認(rèn)為是在全部利用采光時(shí)數(shù)內(nèi)，該區(qū)域的照度均能滿(mǎn)足室內(nèi)設(shè)計(jì)照度值450 lx的要求。本文所指的部分利用天然采光區(qū)域，指在采光有效進(jìn)深之外，延伸至房間深處，最小采光系數(shù)下降至0.1%的區(qū)域范圍，即最低照度僅為15 lx。當(dāng)房間深處的最小采光系數(shù)D=0.1%時(shí)，認(rèn)定該區(qū)域包含了房間深處采光系數(shù)極小的范圍，接近無(wú)采光的水平，這也是要界定最低采光系數(shù)為0.1%的區(qū)域的原因。本文討論的部分利用采光區(qū)域以CIE全陰天空為天空模型，利用Diva for Rhino作為計(jì)算工具，靜態(tài)分析室內(nèi)的采光水平，根據(jù)采光水平確定部分利用采光區(qū)域。Diva for Rhino是由哈佛大學(xué)設(shè)計(jì)研究生院(Harvard University Graduate School of Design)開(kāi)發(fā)的一款基于Radiance為計(jì)算核心、目前公認(rèn)最為權(quán)威的光環(huán)境模擬軟件，目前已經(jīng)更新到4.0版本。

1 方法

定量分析部分利用采光區(qū)的進(jìn)深范圍是本文關(guān)心的問(wèn)題。對(duì)此，我們可以將房間劃分為兩部分：全部利用天然采光區(qū)域(Front half)和部分利用天然采光區(qū)域(Back half)，見(jiàn)圖1。圖2表明近窗部分(Front half)的全部利用采光區(qū)域的平均采光系數(shù)D≥3%，而隨著與窗的距離增大，遠(yuǎn)端處的采光系數(shù)會(huì)逐漸下降，而當(dāng)遠(yuǎn)端處(Back half)的采光系數(shù)D=0.1%時(shí)，這部分Back half即為部分利用采光區(qū)域。采光區(qū)域的界定是一種靜態(tài)采光的計(jì)算，基于全陰天空模型，將采光系數(shù)平均值作為唯一的采光評(píng)價(jià)指標(biāo)，這一點(diǎn)與前述的DA450和采光節(jié)能潛力系數(shù)k研究是不同的，前文是以全年的時(shí)間比作為動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

本文選用Diva for Rhino作為模擬工具之一，版本為Diva for Rhino 2.1。Diva for Rhino不僅可適用于全陰天空模型，而且其內(nèi)嵌的Daysim接口能模擬Perez全氣象天空模型下動(dòng)態(tài)采光水平，此外，眩光、太陽(yáng)位置、太陽(yáng)輻射情況等等都可以用本軟件分析。

本次模擬所選用的辦公室開(kāi)間為3.6 m，層高3.0 m，窗臺(tái)高1.0 m，窗寬比和窗高比分別為0.7和0.5，則窗寬和窗高分別為2.52 m和1.5 m，各墻面反射比0.5，地面反射比0.2，頂棚反射比0.8，窗總透射比0.5，參考作業(yè)面取0.75 m，不考慮室外遮擋，見(jiàn)圖3，圖4。由 Rhino將模型建好，用Diva計(jì)算室內(nèi)采光系數(shù)。

在確定室內(nèi)平均采光系數(shù)之前，先用Diva確定房間進(jìn)深在多大的情況下，房間的采光平均系數(shù)至少為3%。GB 50033-2013建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在編制過(guò)程中，已經(jīng)針對(duì)各類(lèi)房間在不同開(kāi)窗形式下的采光結(jié)果，驗(yàn)證了側(cè)面采光條件下窗地比與平均采光系數(shù)之間的線(xiàn)性關(guān)系。

2 結(jié)果

隨著房間進(jìn)深的加大，辦公室的平均采光系數(shù)和最小采光系數(shù)都會(huì)不斷的下降。經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，上述辦公空間的進(jìn)深達(dá)到5.3 m時(shí)，房間的平均采光系數(shù)Dave=3.06%，即房間進(jìn)深不大于5.3 m時(shí)，Dave≥3.0%，窗地面積比為1/5.05，見(jiàn)表1，而GB 50033-2013建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，3%的平均采光系數(shù)對(duì)應(yīng)的窗地面積比為1/5，因此，該計(jì)算結(jié)果與采光標(biāo)準(zhǔn)是相符的。此時(shí)，房間可以被認(rèn)為是完全利用天然采光區(qū)域。

表1 辦公空間的計(jì)算結(jié)果

當(dāng)進(jìn)深超過(guò)5.3 m以后，則平均采光系數(shù)D就會(huì)下降到3%以下，隨著進(jìn)深的加大，房間深處最小采光系數(shù)會(huì)逐漸接近0.1%。下面要確定進(jìn)深超過(guò)5.3 m以后，最小采光系數(shù)Dmin=0.1%的區(qū)域面積。經(jīng)過(guò)計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)深再增加5.7 m時(shí)，即房間的總進(jìn)深達(dá)到11 m時(shí)，房間的最小采光系數(shù)約為0.1%，此時(shí)，房間的總面積為39.6 m2，部分利用采光區(qū)域的面積約為20.52 m2，全部利用采光區(qū)和部分利用采光區(qū)的信息統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 全部利用采光區(qū)域和部分利用采光區(qū)域信息比較

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)進(jìn)深再增加5.7 m時(shí)，增加部分區(qū)域的最小采光系數(shù)約為0.1%。從表2可知，對(duì)于類(lèi)似上述尺寸的房間，如果房間的進(jìn)深為11 m，此時(shí)房間剛好由全部利用采光區(qū)域和部分利用采光區(qū)域兩部分組成。若進(jìn)深超過(guò)11 m，則超過(guò)11 m之后的區(qū)域最小采光系數(shù)會(huì)低于0.1%。圖5描述了本次模擬房間的區(qū)域劃分情況。

本文的部分利用采光區(qū)域僅僅是對(duì)部分利用采光區(qū)域的界定作出初步的嘗試，意在能對(duì)日后的相關(guān)工作具有積極作用。部分利用采光區(qū)域的界定，有助于進(jìn)一步完善室內(nèi)采光節(jié)能的定量評(píng)價(jià)，這對(duì)于今后設(shè)計(jì)階段的建筑采光節(jié)能評(píng)價(jià)具有重要的意義。

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On analysis of partial utility of light areas of buildings lighting parts

ZHENG Wen-zhi

(Haixia (Fujian) Transportation Engineering Design Co., Ltd, Fuzhou 350000, China)

Introduces the concepts for the partial and full utilities of of natural lighting areas, adopts the light environment simulation software to calculate and analyze the lighting coefficient of the simulated rooms, researches the relationship between the glazing floor ratio and average lighting coefficient with different lighting conditions, so it is meaningful for the construction lighting energy-saving evaluation at the design stage.

building, natural lighting, lighting area, energy-saving

1009-6825(2014)31-0045-02

2014-08-28

鄭文智(1985- )，男，助理工程師

TU113

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