霧霾對(duì)建筑光環(huán)境的影響研究

楊帆 張洋 安巍 王冬冬

摘?要：建筑的光環(huán)境對(duì)人的心理和生理都有顯著的影響，好的光環(huán)境能夠讓人感到舒適有精神，不理想的光環(huán)境則會(huì)引起一些負(fù)面的情緒，霧和霾是非常典型的極端天象，低能見度，并會(huì)給建筑光環(huán)境產(chǎn)生非常大的負(fù)面影響，本文主要從照度和色調(diào)兩個(gè)方面討論了霧霾對(duì)建筑光環(huán)境的影響。

關(guān)鍵詞：霧霾;建筑;光環(huán)境;照度;色調(diào)

一、霧、霾的消光特性

在相關(guān)研究當(dāng)中，研究人員在能見度和大氣消光系數(shù)之間建立起了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，用來表示能見度與大氣消光的關(guān)系，在這個(gè)數(shù)學(xué)模型當(dāng)中重點(diǎn)的參數(shù)在于氣溶膠粒子數(shù)、化學(xué)組成以及環(huán)境影響因子等，其中最關(guān)鍵的是氣溶膠粒子數(shù)，這一參數(shù)可以直接觀測(cè)到，通常都使用該參數(shù)來分析計(jì)算消光系數(shù)，然后得到能見度。

霧和霾是兩種不一樣的天氣狀況，盡管都能導(dǎo)致能見度降低，兩者的主要區(qū)別在于大氣當(dāng)中的水（液或固）含量不同，在QX/T48中將低能見度的天氣狀況劃分為輕霧、霾、霧。根據(jù)柯拉理論，當(dāng)環(huán)境當(dāng)中的濕度接近氣溶膠粒子的臨界過飽和度，那么氣溶膠粒子的吸濕性就會(huì)不斷增強(qiáng)，進(jìn)而形成霧滴或是云滴，當(dāng)氣溶膠粒子的臨界過飽和度與環(huán)境當(dāng)中的濕度差值比較大，氣溶膠粒子的吸濕性減弱，但如果有空氣污染，也就是空氣中存在PM2.5、PM10等懸浮顆粒物，氣溶膠粒子就會(huì)以霾粒的形式存在。大氣當(dāng)中的氣溶膠粒子以及氣體分子的共同作用會(huì)導(dǎo)致大氣對(duì)電磁波的衰減，在可見光波段當(dāng)中，氣體分子尺度參數(shù)小，散射規(guī)律通常是瑞利散射，會(huì)吸收二氧化氮，但其在空氣中的體積分?jǐn)?shù)很小，所以氣體成分產(chǎn)生的消光作用要小于氣溶膠粒子。

二、霧、霾對(duì)建筑光環(huán)境的影響

對(duì)于建筑而言，霧霾天氣的這種消光特性對(duì)建筑的光環(huán)境影響非常大。建筑的光環(huán)境主要有兩種，一種是人工設(shè)置的照明條件，另一種是自然采光。在建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要求是住宅建筑的臥室、起居室、廚房應(yīng)當(dāng)有直接采光，住宅建筑的臥室、起居室的采光應(yīng)不低于采光等級(jí)Ⅳ級(jí)，側(cè)面采光的采光系數(shù)不應(yīng)低于2%，室內(nèi)天然光照度不應(yīng)低于300lx（廚房），衛(wèi)生間、過道、樓梯間等不能低于150lx。

若使用器測(cè)法，在霧霾天氣過程當(dāng)中，測(cè)點(diǎn)的照度數(shù)值明顯要比晴空萬里且空氣質(zhì)量好時(shí)的照度低很多，比如選取一個(gè)非霧霾日以及一個(gè)霧霾日來進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，在同一時(shí)刻照度差值與AQI（空氣質(zhì)量指數(shù)），平均大約在50lx左右，而在霧霾天氣過程當(dāng)中的比值相差大約140lx。在霧霾天氣下隨著空氣當(dāng)中的霧霾顆粒增多，其對(duì)太陽(yáng)光產(chǎn)生強(qiáng)烈的消光散射作用，測(cè)試點(diǎn)的照度就會(huì)明顯降低。而當(dāng)?shù)孛婵諝鉂穸却?，氣溶膠粒子的吸濕性強(qiáng)，氣溶膠光學(xué)厚度增大，進(jìn)而影響到照度。當(dāng)陽(yáng)光的照度增強(qiáng)，氣溫上升，相對(duì)濕度開始降低，影響氣溶膠粒子的吸濕性，進(jìn)而使光學(xué)厚度降低，對(duì)照度的影響降低。這里邊要分清楚霧和霾，在早上或晚間相對(duì)濕度較大的時(shí)候形成的是霧，這里主要是大氣的消光特性在影響照度，而當(dāng)白天尤其中午到下午這段時(shí)間，氣溫上升，濕度下降，霧消散，但是霾開始形成，此時(shí)，霾當(dāng)中的顆粒物的消光散射作用影響照度。根據(jù)建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如果霧霾天氣下照度低于標(biāo)準(zhǔn)要求的采光標(biāo)準(zhǔn)值，就需要使用人工照明來提升室內(nèi)照度，如果滿足采光標(biāo)準(zhǔn)值的要求則可以直接利用自然光。所以AQI將直接影響建筑室內(nèi)的采光條件，AQI指數(shù)越高室內(nèi)人工照明的時(shí)間越長(zhǎng)，而人工照明時(shí)間越長(zhǎng)顯然就會(huì)增大照明能耗。

在霧霾天氣前的非霧霾日，大氣當(dāng)中存在大量氣溶膠粒子，而且粒徑相對(duì)集中，太陽(yáng)光的單色光輻照度數(shù)值要比平常時(shí)間高，如果太陽(yáng)光的波長(zhǎng)與氣溶膠粒子的粒徑數(shù)值接近，相應(yīng)的吸收、折射以及散射的作用就越強(qiáng)，而在非霧霾日的單色光輻照度數(shù)值高的光波長(zhǎng)都比較長(zhǎng)，在傳播當(dāng)中損失比較小，所以輻照度數(shù)值比較大，而進(jìn)入霧霾過程時(shí)，大氣當(dāng)中的氣溶膠粒子書濃度增加，而且出現(xiàn)大量的大顆粒粒子，比如PM10，這些大顆粒度長(zhǎng)波段的光影響非常大，通常會(huì)影響黃色光（570nm波長(zhǎng)）和橙色光（610nm波長(zhǎng)）的兩種單色光的輻照度明顯降低。如果在霧霾天氣下在建筑中布置測(cè)點(diǎn)，介意明顯的看到在570nm、610nm、660nm的波段中，AQI指數(shù)越大，影響越大，其余的單色光波段影響比較小。在太陽(yáng)光當(dāng)中長(zhǎng)波段的單色光減弱會(huì)影響到黃紅等單色光的表達(dá)減弱，使接收到光照的事物肉眼可見地發(fā)青，也就是呈現(xiàn)出冷色調(diào)，人長(zhǎng)期處在這種光環(huán)境下容易感到陰郁。光環(huán)境對(duì)人的精神狀態(tài)以及心理感受有著非常大的影響，建筑的光環(huán)境是由光的照度水平、分布、色調(diào)、色飽和度、顏色分布、顏色顯現(xiàn)在室內(nèi)空間建立的同室內(nèi)空間形狀相關(guān)的生理和心理環(huán)境，人以聽覺、視覺、嗅覺等來認(rèn)識(shí)世界，其所獲得的信息當(dāng)中80%來自視覺，而視覺要產(chǎn)生作用就必須要有光。在建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中建筑光學(xué)是一門學(xué)問，必須要?jiǎng)?chuàng)造舒適的光環(huán)境，提高視覺效能。

三、結(jié)語

綜上所述，霧霾對(duì)建筑光環(huán)境有著非常大的影響，霧和霾都是低能見度天氣，可顯著降低建筑的采光效果，一方面會(huì)導(dǎo)致建筑的室內(nèi)照度不夠，達(dá)不到國(guó)標(biāo)要求的采光標(biāo)準(zhǔn)值，那么就必須要實(shí)施人工照明，這在一定程度上會(huì)提升建筑照明的能耗，另一方面，霧霾天氣下會(huì)導(dǎo)致建筑的光環(huán)境偏冷色調(diào)，人長(zhǎng)期處在這種色調(diào)中會(huì)對(duì)心理和生理都產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，在霧霾天氣下盡量不要出門，尤其是有太陽(yáng)的情況下，可能增強(qiáng)霧霾有毒物質(zhì)的危害性。

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基金項(xiàng)目：黑龍江省氣象局科研項(xiàng)目（HQJJ2019009）

作者簡(jiǎn)介：楊帆（1987-），女，漢族，山東招遠(yuǎn)人，碩士研究生，工程師，研究方向：氣象應(yīng)用。