動態(tài)采光條件下側窗參數(shù)對建筑室內采光時長的影響探究

胡佳佳 （安徽建筑大學建筑與規(guī)劃學院，安徽 合肥 230022）

1 引言

靜態(tài)采光評價指標主要在CIE全陰天理想情況下對室內的采光情況進行評價，難以很好地反映天然采光的真實狀況,對采光設計的指導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、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態(tài)變化的。對比傳統(tǒng)靜態(tài)采光評價指標,動態(tài)采光評價指標考慮了建筑朝向、地理位置、天空類型多樣化以及采光輔助系統(tǒng)的應用,對反映室內天然采光狀況能更為真實。在《綠色建筑評價標準》（GBT 50378-2019）中將動態(tài)采光作為室內采光的重要指標，如：①住宅建筑室內主要功能空間至少60%面積比例區(qū)域，其采光照度值不低于300Lx的小時數(shù)平均不少于8 h/d；②公共建筑室內主要功能空間至少60%面積比例區(qū)域的采光照度值不低于采光要求的小時數(shù)平均不少于4 h/d。

側窗參數(shù)是影響天然采光質量的重要因素，參數(shù)包括開窗朝向、窗寬、窗高、窗臺高度、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)變化對室內采光的變化影響，以合肥為分析地點，建筑空間類型以辦公空間為研究對象。

2 研究模型的建立及參數(shù)設置

本文選取單間式辦公空間作為采光模擬的對象，將尺寸為3 m（開間）×7.0 m（進深）×2.7 m（凈高）的辦公空間作為標準辦公室模型，窗的寬度記作w，窗高度記作h，窗臺高度記作d，暫不考慮窗欞對窗戶采光的影響，窗的尺寸參數(shù)具體按照研究類別說明確定，模型如圖1所示。計算房間室內各表面的反射率，見表1，在研究窗玻璃透射率對采光表現(xiàn)的影響時則用τ值進行說明。

圖1 研究模型

3 窗戶尺寸變化對室內采光時長的影響分析

以《綠色建筑評價標準》（GBT 50378-2019）中公共建筑室內主要功能空間至少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，通過改變窗戶參數(shù)，研究全年動態(tài)采光平均時數(shù)的變化情況與是否滿足標準要求。

3.1 窗戶高度對室內采光效果的影響

窗戶寬度為1.5 m，窗臺高度為0.9 m，窗戶高度分別設置為0.6 m、0.9 m、1.2 m、1.5 m，分別分析4個朝向在對應窗戶高度時室內全年動態(tài)采光的平均時長，具體模擬結果如表2所示。

根據(jù)表2中數(shù)據(jù)總結室內全年動態(tài)采光平均時數(shù)隨著窗戶高度增加的變化趨勢，具體變化見表3。

保持窗臺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，室內采光量增加，室內采光效果更好。從表3可看出，4個朝向均表現(xiàn)出隨著窗戶高度增加，全年動態(tài)采光平均時數(shù)逐步增加。在研究模型中，室內全年動態(tài)采光平均時數(shù)達到4 h/d時，窗戶高度至少設為1.2 m時才能達到《綠色建筑評價標準》（GBT 50378-2019）中的采光要求。

參考房間材料光學參數(shù) 表1

窗戶高度變化對室內采光效果影響分析 表2

3.2 窗戶寬度對室內采光效果的影響

窗戶高度為1.5 m，窗臺高度為0.9 m，窗戶高度分別設置為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個朝向在對應窗戶寬度時室內全年動態(tài)采光的平均時長，具體模擬結果如表4所示

根據(jù)表4中數(shù)據(jù)總結室內全年動態(tài)采光平均時數(shù)隨著窗戶寬度增加的變化趨勢，具體變化見表5。

窗戶高度變化對室內采光時長的影響 表3

窗戶寬度變化對室內采光效果影響分析 表4

窗戶寬度變化對室內采光時長的影響 表5

保持窗臺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，室內采光量增加，室內采光效果更好。從表5可看出，四個朝向均表現(xiàn)出隨著窗戶高度增加，全年動態(tài)采光平均時數(shù)逐步增加。在研究模型中，室內全年動態(tài)采光平均時數(shù)達到4 h/d時，窗戶寬度至少設為1.2 m時才能達到《綠色建筑評價標準》（GBT 50378-2019）中的采光要求。

3.3 窗臺高度對室內采光效果的影響

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個朝向在對應窗臺高度時室內全年動態(tài)采光的平均時長，具體模擬結果如表4所示。

根據(jù)表6中數(shù)據(jù)總結室內全年動態(tài)采光平均時數(shù)隨著窗戶寬度增加的變化趨勢，具體變化見表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，窗戶類型存在低側窗與高側窗的區(qū)別，對室內采光影響會產(chǎn)生不同的作用。從表7可看出，四個朝向均表現(xiàn)出隨著窗臺高度增加，在一定的范圍內室內全年動態(tài)采光平均時數(shù)逐步增加，達到一個峰值，隨后隨著窗臺高度增加室內全年動態(tài)采光平均時數(shù)呈現(xiàn)逐步降低的趨勢。在研究模型中，東朝向滿足室內全年動態(tài)采光平均時數(shù)達到4 h/d時，窗臺高度需要設為0.9 m或1.2 m；南朝向滿足室內全年動態(tài)采光平均時數(shù)達到4 h/d時，窗臺高度需要設為0.6 m～1.5 m范圍內；西朝向滿足室內全年動態(tài)采光平均時數(shù)達到4 h/d時，窗臺高度需要設為0.6 m～1.2 m范圍內；北朝向滿足室內全年動態(tài)采光平均時數(shù)達到4 h/d時，窗臺高度需要設為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自然光環(huán)境的重要因素，側窗面積變化導致進入建筑室內的光通量不同，室內工作面采光質量均會變化，不同平面形式的辦公空間采用相同面積的側窗時，室內的采光效果也有差異，在改變窗戶尺寸參數(shù)時，會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上，單獨設置3組建筑面積為21.6㎡的辦公空間模型，平面開間與進深尺寸分布為4.5 m×4.8 m、5.4 m×4.0 m、3.6 m×6.0 m，窗臺高度設置為0.9 m，保持辦公室模型室內凈高、窗臺高度、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3組辦公空間室內動態(tài)采光平均時數(shù)，通過對比分析總結滿足辦公空間室內自然采光的最小窗地面積比。窗地面積比變化時側窗尺寸示意圖如圖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采光系數(shù)分布圖如表8所示，動態(tài)采光平均時數(shù)計算表如9所示。

窗臺高度變化對室內采光效果影響分析 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，室內紅色、黃色和綠色的面積越大，藍色區(qū)域面積越小，室內采光效果越好，達到采光系數(shù)標準值3.3%的比例越大；開間進深為5.4 m×4 m的辦公空間窗地面積比為22%時，工作面近窗墻角部分為亮藍色，說明此區(qū)域采光系數(shù)值較低，在1.76%左右，不能滿足采光要求；開間進深為4.5 m×4.8 m的辦公空間增大窗地面積比后，遠窗部分藍色區(qū)域面積減少的較為明顯，在遠窗墻角部分存在較小區(qū)域為藍色，采光系數(shù)值在1.0%左右；開間進深為3.6 m×6.0 m的辦公空間增大窗地面積比后，遠窗部分藍色區(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)

窗臺高度變化對室內采光時長的影響 表7

不同窗地面積比室內采光系數(shù)分布圖 表8

各平面開間辦公空間室內采光平均時數(shù)統(tǒng)計表 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，室內全年動態(tài)采光平均時數(shù)均表現(xiàn)出增加的特點，且均能滿足室內全年動態(tài)采光平均時數(shù)達到4 h/d時的要求。

5 玻璃透光率變化分析

玻璃是建筑側窗重要的構成部分，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辦公空間室內的自然采光效果有所不同。窗臺高度為0.9 m，側窗尺寸為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。在保持側窗面積、尺寸、位置、室內各表面的反射比不變的前提下，模擬室內動態(tài)采光平均時數(shù)的變化，玻璃類型見表10，具體分析結果如表11所示。

玻璃透光率越大，進入室內的光線越多，室內采光效果越好。通過表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，室內動態(tài)采光平均時數(shù)有所增加。

6 結論

根據(jù)上文對辦公空間室內動態(tài)采光平均時數(shù)的模擬分析，可發(fā)現(xiàn)通過增加窗戶的寬度、高度以及玻璃透光率能有效增加室內動態(tài)采光平均時數(shù)；對于改變窗臺高度，需要設置合理的高度，否則會降低室內動態(tài)采光平均時數(shù)；對于窗地面積比的設置，設置為22%即能達到標準要求。

玻璃性能參數(shù)統(tǒng)計表來源:《民用建筑熱工設計規(guī)范》 表10

玻璃透光率變化對室內采光效果的影響 表11

對于采光較差的既有建筑，在改善室內光環(huán)境時，可根據(jù)具體條件對外窗參數(shù)進行調整，營造一個更為綠色的建筑光環(huán)境。對于新建建筑的設計，本文有著一定的借鑒意義，在建筑光環(huán)境的設計時須充分考慮窗戶參數(shù)對室內光環(huán)境的影響與綠色建筑的設計要求，做好綠色建筑設計。