中小學(xué)校教學(xué)建筑的采光設(shè)計

李云慧

摘要：我國大部分地區(qū)處于溫帶，天然光充足，有利于建筑對天然光的利用。中小學(xué)校教學(xué)建筑充分利用天然光可以給學(xué)習(xí)營造創(chuàng)造良好的光環(huán)境，有益于學(xué)生身心健康;另外一方面中小學(xué)校教學(xué)建筑充分利用天然光有利于節(jié)約電力能源，有益于社會可持續(xù)發(fā)展。強化設(shè)計人員對中小學(xué)校教學(xué)建筑采光設(shè)計不僅國家工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范要求，也是社會科學(xué)發(fā)展的要求。

關(guān)鍵詞：學(xué)校建筑;天然光;采光系數(shù);照度

1 中小學(xué)校教學(xué)建筑采光技術(shù)應(yīng)用的重要意義

我國大部分地區(qū)處于溫帶，天然光充足，有利于建筑對天然光的利用。中小學(xué)校建筑可以充分利用天然光，一方面天然光的辨認能力優(yōu)于人工光，充分利用天然光不僅可以給學(xué)習(xí)營造創(chuàng)造良好的光環(huán)境，提高學(xué)生學(xué)習(xí)和生活的環(huán)境質(zhì)量，有益于學(xué)生身心健康;另外一方面中小學(xué)校建筑充分利用天然光有利于節(jié)約能源，促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。

2 中小學(xué)校教學(xué)建筑采光設(shè)計的要點

根據(jù)?《建筑采光設(shè)計標準》（GB50033 - 2013）、《中小學(xué)校設(shè)計規(guī)范》（GB 50099-2011），中小學(xué)校建筑采光設(shè)計的要點主要有以下方面：

2.1 教育建筑的普通教室的采光不應(yīng)低于采光等級Ⅲ級的采光標準值，側(cè)面采光的采光系數(shù)不應(yīng)低于3.0% ，室內(nèi)天然光照度不應(yīng)低于4501x。

2.2 中小學(xué)學(xué)校建筑普通教室、 科學(xué)教室、 實驗室、 史地、 計算機、 語言、美術(shù)、書法等專用教室及合班教室、圖書室均應(yīng)以自學(xué)生座位左側(cè)射人的光為主教室為南向外廊式布局時，應(yīng)以北向窗為主要采光面。

2.3 教學(xué)用房室內(nèi)各表面的反射比值頂棚0.70～0.80、前 墻0.50～0.60。

2.4 各教室前端側(cè)窗窗端墻的長度不應(yīng)小 于 1.00m，窗間墻寬度不應(yīng)大于 1.20m。

2.5 側(cè)面采光時，采光口距離地面高度0.75米以下的部分不計入有效采光面積。

2.6 教學(xué)用房及教學(xué)輔助用房的窗玻璃應(yīng)滿足教學(xué)要求，不得采用彩色玻璃。

3 基本原理

《建筑采光設(shè)計標準》GB50033-2013以采光系數(shù)平均值作為采光設(shè)計的關(guān)鍵性評價指標。

3.1 采光系數(shù)

在室內(nèi)參考平上的一點，由直接或間接地接收來自假定和已知天空亮度分布的天空漫射光而產(chǎn)生的照度與同一時刻該天空半球在室外無遮擋水平面上產(chǎn)生的天空漫射光照度之比。

室內(nèi)某一點的采光系數(shù)C，計算公式為：

式中：? En—室內(nèi)照度;

Ew—室外照度（lx）。

3.2 平均采光系數(shù)

通常按單個房間計算平均采光系數(shù)，即房間內(nèi)劃分網(wǎng)格上各個交點上的采光系數(shù)算術(shù)平均值。

3.3 采光系數(shù)標準值

在規(guī)定的室外天然光設(shè)計照度下，滿足視覺功能要求時的采光系數(shù)值。《建筑采光設(shè)計標準》GB50033-2013中規(guī)定的采光系數(shù)標準值和室內(nèi)天然光照度標準值為參考平面上的平均值。在同一室外天然光設(shè)計照度值的條件下，對于同一個房間，滿足采光系數(shù)標準值即滿足室內(nèi)滿足天然光照度標準值。

4 計算方法

采光設(shè)計計算通常采用軟件模擬進行計算，斯維爾軟件提供了三種計算模式：模擬法、公式法和公式擴展法。

4.1 模擬法

在Dali中，模擬法就是調(diào)用計算工具Radiance進行采光模擬計算，最后將計算結(jié)果返回到Dali進行處理分析，這是最真實、最常用的方法。

Radiance是由美國勞倫斯伯克利國家實驗室以及瑞士洛桑生態(tài)技術(shù)聯(lián)邦局開發(fā)的采光模擬核心程序，采用了蒙特卡洛算法優(yōu)化的反向光線追蹤算法，相對于光能傳遞算法來說光線追蹤更適合于精確的建筑采光分析。

圖5.3 模擬值與理論計算的關(guān)系

經(jīng)過大量的計算和軟件模擬對比，發(fā)現(xiàn)Radiance軟件模擬出的數(shù)值與理論計算的結(jié)果均離散在歸納函數(shù)附近。說明Radiance軟件可以提供精確度高的結(jié)果。國際上采光標準制定與論文基本上都采用Radiance進行模擬，國際上大部分商用采光分析軟件都基于Radiance程序內(nèi)核開發(fā)，該程序的分析計算結(jié)果受到廣泛認可。

4.2 公式法、公式擴展法

公式法就是經(jīng)過實際測量和模型試驗確定的，在大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上總結(jié)得到的采光系數(shù)平均值公式的計算方法，即《建筑采光設(shè)計標準》GB 50033-2013中“采光計算”一節(jié)提供的公式方法，一般用于粗算。

4.2.1 側(cè)面采光可按下列公式進行計算。

5 采光計算參數(shù)取值

本文以XX市濱江小學(xué)教學(xué)樓為例采用模擬法進行采光分析計算，具體如下：

5.1 模擬分析條件說明

天空模型：CIE全陰天天空。

計算光線反射次數(shù)：2次

分析參考平面：功能房間取距地面0.75m，公共空間取地面

分析計算網(wǎng)格劃分的間距：根據(jù)房間面積的情況對網(wǎng)格進行合理劃分，如下表所示;

房間面積（m²）

網(wǎng)格大?。╩）

≤10

0.25

10～100

0.50

≥100

1.00

周邊環(huán)境：考慮分析區(qū)內(nèi)的建筑物之間遮擋

室內(nèi)環(huán)境：忽略室內(nèi)家具類設(shè)施的影響，只考慮永久固定的頂棚、地面和墻面、。

5.2 建筑飾面材料參數(shù)

室內(nèi)采光效果受內(nèi)部和外部兩種因素的影響。內(nèi)表面反射比就是內(nèi)部影響因素之一，外部因素除了天空亮度外，建筑外表面反射情況也是重要的影響因素。本項目中建筑內(nèi)外飾面材料，如頂棚、墻面、地面、建筑外表面，其材質(zhì)、顏色對應(yīng)不同的反射比，給室內(nèi)光環(huán)境來帶不同的采光效果，反射比數(shù)據(jù)參考《建筑采光設(shè)計標準》GB50033-2013附錄D中的表D.0.5 飾面材料的反射比ρ值，具體參數(shù)情況見下表：

5.3 門窗類型參數(shù)

窗戶決定了建筑內(nèi)部的采光水平。工程中最為常見也最廣為使用的一種采光途徑就是在建筑側(cè)墻上安裝窗戶或者在建筑頂部安裝天窗等采光構(gòu)件。窗的位置、尺寸、形態(tài)等都會對室內(nèi)采光帶來不同程度的影響。建筑中的常用的透光門也會對自然光的傳播提供便利。這些透光構(gòu)件的性能參數(shù)與采光系數(shù)的計算息息相關(guān)。

本項目中透光門、窗戶的性能參數(shù)包括門窗尺寸、擋光系數(shù)、窗框類型、玻璃類型、可見光透射比和反射比，參數(shù)具體數(shù)值情況詳見下文。

5.3.1 普通窗

門窗表（略）

門窗計算參數(shù)：外窗可見光透射比0.89、玻璃反射比0.08

計算需考慮外窗玻璃的污染折減系數(shù)影響，系數(shù)取值0.9。

5.4 房間模擬結(jié)果

本項目為住宅建筑，根據(jù)《建筑采光設(shè)計標準》GB 50033-2013要求，需計算建筑內(nèi)臥室、起居室的采光系數(shù)，此為標準強制性條文要求;同時還需計算廚房、衛(wèi)生間、過道、餐廳、樓梯間的采光系數(shù)，此為非標準強制性條文要求。計算結(jié)果見下表： （匯總簡略表）

5.4.1 采光效果分析彩圖

采光系數(shù)分析彩圖可以直觀地反應(yīng)建筑內(nèi)各個房間的采光效果，本項目中各樓層中標準要求房間的室內(nèi)采光情況如下所示：

6 結(jié)語：

通過上述采光分析可知本項目各普通教室的采光系數(shù)不應(yīng)低于3.0% ，滿足《建筑采光設(shè)計標準》GB 50033-2013要求。

通過以上案例采光分析計算可以總結(jié)如下：在對中小學(xué)校教學(xué)建筑進行采光設(shè)計時應(yīng)綜合考慮，教室房間進深不宜過大、外窗之間的窗間墻盡可能小，在樓地面0.75米以上高度的外窗為有效外窗，外窗設(shè)計應(yīng)充分利用其層高，同時建筑層間挑檐及外廊對建筑采光產(chǎn)生影響，采光設(shè)計應(yīng)合理的設(shè)計房間內(nèi)各表面的反射比值、外窗可見光透射比值、玻璃反射比值，建筑室內(nèi)墻面飾面盡可能選擇白色或淺色飾面，外窗玻璃宜采用白玻且不應(yīng)采用彩色玻璃，設(shè)計在綜合考慮以上要素后通過計算不小于規(guī)范采光系數(shù)標準值時則認為采光符合要求。

中小學(xué)校教學(xué)建筑充分利用天然采光不僅可以給學(xué)生學(xué)習(xí)營造創(chuàng)造良好的光環(huán)境，有益于學(xué)生保護視力及身心健康;同時有利于節(jié)約電力能源，有益于經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]中國建筑科學(xué)研究院.?《建筑采光設(shè)計標準》（GB50033-2013）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

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[5]中國建筑標準設(shè)計研究院有限公司.《民用建筑設(shè)計統(tǒng)一標準》（GB50352-2019）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2019.