地下車庫天然采光方式研究

楊艷梅，楊春宇

（重慶大學(xué)a.建筑城規(guī)學(xué)院；b.山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045）

0 引言

在中國城市化的過程中，城市規(guī)模在既有的基礎(chǔ)上不僅向周邊擴(kuò)張，垂直方向上也在向上擴(kuò)張（增加建筑高度）和向下擴(kuò)張（開發(fā)地下空間）。地下空間已經(jīng)被大量開發(fā)，地下車庫就是其中一個(gè)重要的類型。伴隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高，私人汽車擁有量急增，國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截至2012年v，私人汽車擁有量已達(dá)8 838.6 萬輛（見表1）。汽車增多，要求配建更多停車位，在這樣的背景下地下車庫大量建設(shè)已經(jīng)是必然的趨勢(shì)。地下車庫通常會(huì)引起一些消極心理反應(yīng)，如幽閉、壓抑、黑暗、擔(dān)心，生出恐懼之意。在采光照明等方面也具有較大的局限性，幾乎需要24 h照明。照明技術(shù)發(fā)展使地下車庫照明可通過人工光源解決，甚至提供可調(diào)節(jié)的人工光源，但是天然光比人工光波長(zhǎng)分布均勻（圖1），視覺功效更高，光線的原真性與人眼接受的舒適度也高于人工光，能夠提供更健康的光環(huán)境，因此天然采光技術(shù)是地下車庫照明發(fā)展的一個(gè)重要研究方向。

圖1 自然光及白熾燈光譜的波長(zhǎng)分布圖

表1 私人汽車擁有量統(tǒng)計(jì)表

1 地下車庫照明標(biāo)準(zhǔn)

國際照明委員會(huì)編制的標(biāo)準(zhǔn)CIES 008/E2001《室內(nèi)工作場(chǎng)所照明》、GB 50034—2004《建筑照明設(shè)計(jì)規(guī)范》、JGJ 100—98《汽車庫建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》和CECS 45 ∶92《地下建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》都具體規(guī)定了車庫的照明指標(biāo)，但是互相之間存在差異。經(jīng)過對(duì)比研究，地下車庫照明標(biāo)準(zhǔn)參照《地下建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于地下停車場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)（見表2）比較恰當(dāng)。

表2 《地下建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》地下停車場(chǎng)的照度標(biāo)準(zhǔn)值

2 地下車庫天然采光方式

通過文獻(xiàn)資料查閱和重慶主城區(qū)使用天然采光的地下車庫的調(diào)查研究，目前地下車庫天然光形式主要有以下幾種。

2.1 天窗采光

天窗通常是指設(shè)計(jì)在屋面上用以采光或通風(fēng)的窗，常見的有矩形天窗、平天窗、鋸齒形天窗、下沉式天窗，多用于廠房采光和部分小住宅采光。單層地下車庫或者多層地下車庫首層的頂面其實(shí)也相當(dāng)于屋面，所以也可開設(shè)天窗，但是主要采用平天窗形式。單層地下車庫或者多層地下車庫首層大多都可以通過天窗采光引入天然光。從構(gòu)造上看，天窗是由洞口和覆蓋物構(gòu)成，形式多樣。

天窗采光是地下車庫最常用的做法，構(gòu)造簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)高效。天窗的采光效率要比其他垂直窗戶高出2～3倍，同時(shí)其熱能損耗也是其他垂直窗戶的2～3倍。平天窗也可以有多種形式的變化，主要通過洞口形狀、采光罩形式來實(shí)現(xiàn)，而影響地下天窗采光的因素還有窗地比、天窗材料、天窗布局。根據(jù)東南大學(xué)吳薇對(duì)地下頂部天窗采光技術(shù)研究的結(jié)果，窗地比相同時(shí)，各洞口形狀的平均采光系數(shù)大小為正方形＞長(zhǎng)方形＞三角形＞圓形；不同樣式采光罩的平均采光系數(shù)大小為角錐形＞穹頂型＞拱形＞平板型；常用材料的平均采光系數(shù)大小為PC 板=鋼化玻璃＞透明玻璃＞夾層玻璃；天窗布局上則是布局越均勻，效果越好。

圖2 采光天窗的幾種形式

圖2 示意了幾種常見的天窗剖面，a 和e 是拱形或者穹頂形的天窗，b 和f 是平天窗，c 和g 是單角錐形的天窗，d 是側(cè)面采光的天窗，h 是多角錐形的天窗。這些天窗用于地下車庫采光，可以與景觀結(jié)合，隱藏在綠化中，也可以成為景觀的一部分。如圖3 所示，下沉式的平天窗可以結(jié)合水體存在，這種形式不僅可以采光，也可以解決因洞口過大帶來的過冷或過熱問題。

重慶市渝北區(qū)尚源印象小區(qū)地下車庫在設(shè)計(jì)中采用了角錐形采光天窗，地下車庫結(jié)合頂板的井字梁，共設(shè)置了5 個(gè)天窗。經(jīng)過實(shí)測(cè)及計(jì)算，在7月28日中午12 ∶51 左右晴天空條件下，無遮擋天窗對(duì)應(yīng)的柱距內(nèi)平均照度可達(dá)473.8 lx，而有綠化遮擋的天窗對(duì)應(yīng)的柱距內(nèi)平均照度也可達(dá)到82.3 lx。這兩個(gè)照度值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范規(guī)定的75 lx，因此，采光天窗是地下車庫天窗采光的一種較好的形式（見圖4）。

圖3 微下沉天窗及與水體結(jié)合的天窗

圖4 重慶尚源印象小區(qū)地下車庫采光天窗

2.2 采光井采光

采光井是現(xiàn)代詞，亦稱“窗井”，指的是為地下室及半地下室提供光線和通風(fēng)用的地下室墻體外的井式結(jié)構(gòu)物。嚴(yán)格意義上的采光井/窗井目前多用于住宅類建筑底層的地下室或者半地下室。從這個(gè)概念來看，很多研究中把采光天窗等同于采光井。個(gè)人認(rèn)為地下車庫所使用的采光井是借鑒了傳統(tǒng)民居建筑中的“天井”，眾所周知天井在民居中的功能基本以采光和通風(fēng)為主，而采光井/窗井結(jié)合天井，在形式上加以變通用于多層地下車庫采光，讓每一層都可以通過采光井間接引入天然光（見圖5）。

圖5 窗井—天井—地下室采光井

采光井頂部可開敞可封閉。開敞式的便于通風(fēng)，井底需要做好排水，頂部井壁周邊必須做好安全防護(hù)設(shè)計(jì)；封閉式的也可以根據(jù)氣候情況或者結(jié)合“煙囪”效應(yīng)設(shè)計(jì)頂蓋。

圖6 底層架空采光剖面示意圖

2.3 底層架空采光

目前許多住宅是剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻不可移動(dòng)，垂直落到地下車庫內(nèi)，住宅垂直投影下能夠設(shè)計(jì)的停車位數(shù)量有限。住宅底層入口一般架空部分空間，設(shè)置休息座椅或者安放簡(jiǎn)單的康樂設(shè)施，提高住宅品質(zhì)，因此，可以利用這部分架空空間的局部設(shè)置采光口，把天然光引入地下層（見圖6）。這種采光口有效利用建筑形式，利于改善地下車庫的采光和通風(fēng)，但是由于設(shè)計(jì)洞口位置的特殊性，能夠直接采光的區(qū)域周邊剪力墻太多，不能停車，旁邊的停車位只能通過能采光的區(qū)域間接受到影響，因此這種洞口采光效率比較低。

重慶保利香雪地下車庫的采光口直接對(duì)應(yīng)的位置并不是停車位或者行車道，是被剪力墻半包圍著的區(qū)域或者地庫人行出入口（見圖7）。經(jīng)過實(shí)測(cè)及計(jì)算，2014年v7月30日上午11 點(diǎn)晴天空條件下，保利香雪地下車庫最靠近架空采光口直接影響的區(qū)域平均照度值是107.9 lx，緊鄰的停車位（此柱距內(nèi)頂部對(duì)應(yīng)的燈具未開）平均照度是37.3 lx。

圖7 保利香雪地下車庫底層架空采光實(shí)景圖

2.4 沉庭院采光

地下車庫下沉庭院式采光是通過局部柱距下沉，利用庭院四周為地下車庫提供采光和通風(fēng)（見圖8）。這種采光方式雖然損失了幾個(gè)停車位，但是最大程度改善了地下車庫的環(huán)境，并且沒有影響綠化面積（下沉部分仍舊可以種植綠化）。采用這種形式最需要注意的是下沉部分的安全問題，洞口四周必須要設(shè)置足夠高的欄桿或者擋墻。下沉庭院式采光在形式上與采光井是共通的，其實(shí)采光井頂部可以開敞，也可以設(shè)置透明井蓋，開敞式的采光井底部完全可以進(jìn)行綠化。

圖8 下沉庭院式采光剖面示意圖

2.5 側(cè)窗采光

地勢(shì)存在高差的地塊，可以利用地形實(shí)現(xiàn)地下車庫的高側(cè)窗甚至側(cè)窗采光（見圖9）。這種方式構(gòu)造簡(jiǎn)單，布置方便，但是采光的均勻度差。側(cè)窗設(shè)計(jì)的大小需要結(jié)合具體情況經(jīng)過計(jì)算設(shè)置。山城重慶有很多建筑的基地存在高差，車庫也具備開設(shè)側(cè)窗的條件，但是出于經(jīng)濟(jì)效益的考慮多會(huì)把地勢(shì)低的一側(cè)設(shè)計(jì)為底層沿街商業(yè)。

圖9 側(cè)面采光剖面示意圖

重慶雍江藝庭小區(qū)有三個(gè)互通的地下車庫（見圖10），只有其中一個(gè)規(guī)模小的車庫開了9 個(gè)大小約900×300 的小高側(cè)窗。經(jīng)過實(shí)測(cè)及計(jì)算，2014年v7月28日下午18:10 左右晴天空條件下，雍江藝庭的地下車庫高側(cè)窗采光口的柱距（此柱距內(nèi)頂部對(duì)應(yīng)的燈具未開）平均照度是3.1 lx，沒有達(dá)到車庫照明要求的照度值。這個(gè)車庫可采光的面是一個(gè)實(shí)體墻，外面隔約2 m 的綠化有一條人行道，筆者認(rèn)為如果把高側(cè)窗洞口開大一些（這個(gè)庫完全具備這樣的條件），庫內(nèi)的采光效果會(huì)更好。

圖10 雍江藝庭地下車庫側(cè)窗采光實(shí)景圖

2.6 導(dǎo)光管采光

導(dǎo)光管是近年來研究比較多的一種采光方式，由集光器、導(dǎo)光筒和漫射器三部分組成。但是由于成本過高，目前未廣泛應(yīng)用，只在國內(nèi)一些公共建筑項(xiàng)目中采用。導(dǎo)光管的優(yōu)勢(shì)在于可以通過材料及設(shè)計(jì)最大限度為地下車庫導(dǎo)入天然光。

奧運(yùn)中心地下車庫是國內(nèi)首例應(yīng)用導(dǎo)光管的地下車庫，通過查閱文獻(xiàn)資料可知其采用了管徑1.2 m，長(zhǎng)度3.85 m（9 套）和3.35 m（11 套）的兩種導(dǎo)光管系統(tǒng)。兩種的采光效率分別是0.579 和0.593，在室外水平照度超過20 000 lx 時(shí)，導(dǎo)光管所在柱距范圍內(nèi)導(dǎo)入的光照最低76 lx，最高可達(dá)120 lx，完全能夠滿足規(guī)范規(guī)定的采光標(biāo)準(zhǔn)。

3 小 結(jié)

地下車庫的建設(shè)規(guī)模已經(jīng)越來越大，是城市停車庫的主要形式。隨著私人汽車擁有量日漸增多，這個(gè)空間已經(jīng)成為大部分人每天使用的空間。為地下車庫引入天然光，不僅可以節(jié)能也可以改善地下車庫的環(huán)境，增加視覺舒適度，提升品質(zhì)。在設(shè)計(jì)中要根據(jù)具體的地形、氣候分區(qū)、建筑形式等選擇合適的采光方式，可以借助軟件對(duì)采光口的采光效果進(jìn)行分析修改，力求最大限度改善地下車庫環(huán)境。

天然采光的方式有很多種，但是目前具備可操作性和應(yīng)用較多的是上述6 種形式。地下車庫天窗采光是目前設(shè)計(jì)應(yīng)用的主流，下沉庭院式、底層架空式以及采光井都有所采用，并且采光效果、通風(fēng)效果良好，高側(cè)窗/側(cè)窗應(yīng)用的范圍有限，采光效果欠佳，導(dǎo)光管采光效果雖好但是造價(jià)較高，應(yīng)用范圍有限。

［1］國家統(tǒng)計(jì)局.重慶統(tǒng)計(jì)年鑒［M］

［2］廣東電網(wǎng)公司廣州供電局.企業(yè)照明設(shè)計(jì)與節(jié)能［M］，中國電力出版社

［3］CECS 45:92 地下建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］

［4］吳薇.地下建筑頂部天窗天然采光技術(shù)設(shè)計(jì)［D］.東南大學(xué)碩士論文，2008

［5］彭鵬.天然采光對(duì)建筑能耗影響的研究［J］.太陽能學(xué)報(bào)，2007

［6］楊靖.住區(qū)陽光地下車庫設(shè)計(jì)［J］

［7］段旺，等.奧運(yùn)中心區(qū)地下車庫導(dǎo)光管系統(tǒng)［J］.照明工程學(xué)報(bào)，2008