基于采光的贛北高校宿舍側(cè)窗尺寸研究

馬智超

（九江學院建筑工程與規(guī)劃學院，江西 九江 332000）

0 引言

不同于中小學生，大學生的學習行為不僅僅發(fā)生于教室空間內(nèi)。除了教室、圖書館等學習場所外，高校學生宿舍也是大學生們進行學習活動的重要場所，因此也需要重點考慮高校學生宿舍的天然光環(huán)境［1］。然而在贛北地區(qū)高校中，學生宿舍建筑多采用單側(cè)邊采光，再加上進深相對較大，使得宿舍的自然采光本身具有一定難度。因此高校學生宿舍天然光環(huán)境進行優(yōu)化具有重要的意義。

1 贛北地區(qū)光氣候特點

贛北地區(qū)是指江西的北部地區(qū)，主要包括南昌、九江、宜春、鷹潭、上饒和景德鎮(zhèn)等地級市組成。贛北地區(qū)的水資源十分發(fā)達，位于長江南部，贛江下游，區(qū)域內(nèi)還擁有著我國最大的淡水湖——鄱陽湖。與此同時，贛北地區(qū)地形以丘陵山地為主境內(nèi)擁有著廬山、武功山、明月山、三清山等山脈。贛北地區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，結(jié)合區(qū)域內(nèi)寬廣的水域、起伏的地形，使得贛北地區(qū)的降水豐富，雨季時間長，晴天時間相對較少［7］。

我國按照室外天然光年平均總照度的高低，將全國共劃分為5個光氣候區(qū)，其中贛北地區(qū)隸屬于Ⅳ類光氣候區(qū)。Ⅳ類光氣候區(qū)的室外天然光年平均照度值Eq的范圍處于22～24klx之間，室外天然光臨界照度值為4500lx［8］。整體來看，相比較于其他光氣候區(qū)，處于Ⅳ類光氣候區(qū)的贛北地區(qū)可利用天然光時間相對較少，更加需要重視加大天然光的利用率。

2 研究對象及評價指標

2.1 研究對象

研究選取九江學院的某棟學生宿舍樓作為研究對象。該棟學生宿舍樓為南北向，位于校園的生活區(qū)見圖1。通過對該宿舍樓進行實地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該宿層數(shù)為七層，平面布局采用內(nèi)廊式，宿舍標準單元室內(nèi)采用雙側(cè)邊布置床位的方式，側(cè)窗洞口居中。其中，宿舍標準間的平面尺寸為3600mm×6500mm，層高為3400mm，窗臺高度為900mm，窗洞口的尺寸為1800mm×1800mm見圖2。宿舍標準間的窗地比為1.04/7。

圖1 宿舍位置

圖2 宿舍標準間平面（單位：mm）

2.2 評價指標

采光系數(shù)C是指室內(nèi)平面上的一點由全陰天天空漫射光所產(chǎn)生的照度與同時間地點下室外無遮擋水平面上由全陰天天空漫射光所產(chǎn)生的照度的比值，其反映的是全陰天情況下室內(nèi)天然光照度情況［3］。在GB 50033-2013《建筑采光設(shè)計標準》中，對宿舍建筑的天然采光并未規(guī)定。但在《宿舍建筑設(shè)計規(guī)范》中，要求宿舍內(nèi)的居室的采光系數(shù)標準值不應(yīng)低于2%［9］。在GB 50034-2013《建筑照明設(shè)計標準》中，要求以地面為參考面的照度標準值不應(yīng)低于150lx［10］。在GB 50033-2013《建筑采光設(shè)計標準》中，對于側(cè)面采光和頂部采光統(tǒng)一采用平均值作為采光系數(shù)標準值和照度標準值，以反映出房間采光狀況的平均水平［11］。因此文中對采光系數(shù)和照度的評價均采用平均值。

照度均勻度反映的是建筑室內(nèi)照度分布的均勻程度，是衡量室內(nèi)光環(huán)境的重要參數(shù)，其數(shù)值為室內(nèi)照度最低值與室內(nèi)照度平均值之比。根據(jù)《建筑照明設(shè)計標準》，宿舍建筑室內(nèi)照度均勻度要求不低于0.40。

在《建筑照明設(shè)計標準》中，對學生宿舍室內(nèi)光環(huán)境評價選取以地面參考面，但是在2020年中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《建筑照明設(shè)計標準（征求意見稿）》中，將學生宿舍參考面由地面修改為0.75m水平［12］。相比較于以地面為參考面，以0.75m高度的水平面作為參考面更加符合高校學生的生活學習特點，研究針對高校宿舍自然采光的模擬，選取宿舍0.75m高度水平面上的采光系數(shù)、照度和照度均勻度3個參數(shù)變量為評價指標進行分析。

3 現(xiàn)狀宿舍自然采光模擬

3.1 模型建立及參數(shù)設(shè)置

在斯維爾采光分析軟件DALI中建立該棟宿舍樓模型，選取二層南向標準單元作為分析對象。在進行宿舍天然光環(huán)境模擬前，需要首先對相關(guān)參數(shù)進行設(shè)置，包括地理位置信息、室外天空類型、室內(nèi)分析平面以及相關(guān)材質(zhì)參數(shù)等。將模型地理位置設(shè)置為江西省九江市，采光系數(shù)模擬選取的天空條件設(shè)置為CIE全陰天天空，照度模擬的時刻為冬至日全陰天情況下的中午12：00，室內(nèi)分析平面選取距離750mm處。根據(jù)實地考察，該宿舍的室內(nèi)墻面及頂面均為白色粉刷材料，故將其反射比設(shè)定為0.75，地面反射比為0.3，玻璃為普通單層白玻璃，透射比為0.8見表1。

表1 模型參數(shù)設(shè)置

3.2 現(xiàn)狀宿舍自然采光模擬結(jié)果

選取該宿舍樓二層南向標準單元進行分析，對全陰天天空條件下該宿舍的自然光環(huán)境進行模擬，得到宿舍的室內(nèi)照度分布圖和采光系數(shù)分布圖，見圖3、圖4。根據(jù)模擬結(jié)果，計算優(yōu)化前該宿舍的天然光照度平均值、采光系數(shù)平均值、照度均勻度等參數(shù)見表2。

圖3 宿舍標準間照度分布

圖4 宿舍標準間采光系數(shù)分布

表2 優(yōu)化前宿舍單元光環(huán)境模擬結(jié)果

根據(jù)模擬結(jié)果，該宿舍單元天然光照度平均值為318lx，采光系數(shù)平均值為2.35%，采光系數(shù)最小值為0.45%，采光均勻度為0.192。從以上結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)該宿舍的主要采光問題為天然光采光均勻度較低，房間較大進深處的采光系數(shù)較低，存在較大的面積的區(qū)域照度值低于150lx。而該宿舍標準間的窗洞面積較小，窗地面積比小于1/7，是該房間天然光采光不足的主要原因，因此在進行優(yōu)化時，可以考慮增大房間窗洞尺寸。

黃庭堅強調(diào)煉句，多有奇妙之語，朝鮮詩人就經(jīng)常取黃庭堅的詩語入詩，如李穡《又賦》說朋友“詩語自變?nèi)绺⑽獭盵2](4輯，P282)，奇大升《圍棋》表示“涪翁妙句心能會”[2](40輯，P25)，金錫胄《納清亭》也“徘徊為覓涪翁句”[2](145輯，P229)，金鎮(zhèn)圭《壽伯氏生朝》說哥哥“孤生已感涪翁語”[2](174輯，P56)。詩人們用黃庭堅詩語主要有三種形式：巧妙點化、稍作改動和直接引入。

4 宿舍側(cè)窗洞口優(yōu)化模擬

根據(jù)現(xiàn)狀宿舍自然采光的模擬結(jié)果，考慮改變宿舍側(cè)窗洞口的尺寸，并利用DALI軟件對不同尺寸的側(cè)窗洞口分別進行模擬，通過量化分析來探求不同側(cè)窗洞口尺寸對宿舍自然采光的影響?？紤]到雙側(cè)邊布置床位為宿舍建筑常用的家具布置方式，此種情況下，宿舍單元通常采用側(cè)窗居中的開洞形式。因此研究的優(yōu)化模擬建立在側(cè)窗居中的前提下。

4.1 側(cè)窗洞口尺寸設(shè)計

宿舍側(cè)窗洞口尺寸主要由窗高、窗寬以及窗臺高3個參數(shù)組成。文中將所有側(cè)窗洞口的窗臺高均設(shè)定為900mm，僅僅考慮改變窗高和窗寬。為了分別研究窗高和窗寬兩個參數(shù)對宿舍天然光環(huán)境的影響程度，文中設(shè)定兩組對照組。A組僅僅改變窗洞口的寬度，以50mm為步長，設(shè)計1850、1900、1950、2000、2050、2100的6種窗寬的洞口；B組僅僅改變窗洞口的高度，同樣以 50mm 為步長，設(shè)計 1850、1900、1950、2000、2050、2100這6種窗高的洞口。兩組窗洞的窗臺高度，以及窗中線的位置均完全一致。

4.2 側(cè)窗洞口尺寸對宿舍天然光環(huán)境的影響

在DALI軟件中分別對兩組側(cè)窗洞口進行模擬，根據(jù)模擬結(jié)果計算照度平均值、采光系數(shù)平均值和采光均勻度，并繪制成圖表。

從圖5、圖6可以發(fā)現(xiàn)：

圖5 窗寬、窗高與室內(nèi)平均照度的關(guān)系

圖6 窗寬、窗高與室內(nèi)采光系數(shù)平均值關(guān)系

（1） 在全陰天的天空情況下，A、B兩組側(cè)窗洞口的宿舍內(nèi)的天然光照度平均值和采光系數(shù)平均值隨著窗洞尺寸的增大而增大，窗寬、窗高與宿舍天然光照度平均值，以及采光系數(shù)的平均值均基本呈線性關(guān)系。

（2） 從A、B兩組側(cè)窗洞口模擬數(shù)據(jù)來看，發(fā)現(xiàn)窗寬和窗高對宿舍內(nèi)的天然光照度平均值影響程度存在一定差異。在保持窗臺高度和窗中心線位置不變的情況下，增加窗寬對宿舍室內(nèi)天然光平均照度以及采光系數(shù)平均值的改善作用更大。

從圖7中可以發(fā)現(xiàn)：

圖7 窗寬、窗高與室內(nèi)照度均勻度的關(guān)系

（1） 在全陰天天空的條件下，隨著窗寬或窗高的線性增加，宿舍天然光照度均勻度并不是呈線性變化。

（2） 當僅僅考慮增加窗寬時，隨著側(cè)窗寬度的增加，宿舍天然光照度均勻度呈現(xiàn)出先降低后增大最后再逐漸降低的變化態(tài)勢。當側(cè)窗寬度為1900mm時，天然光均勻度具有最大值。當側(cè)窗高度為2050，2100mm時，天然光照度均勻度低于優(yōu)化前。

（3） 當僅僅考慮增加窗高時，隨著側(cè)窗高度的增加，宿舍采光均勻度呈現(xiàn)出先增大后減少再增大的變化趨勢。當側(cè)窗高度為2100mm時，天然光照度均勻度具有最大值。

（4） 整體來看，增加側(cè)窗高度對宿舍天然光照度均勻度的改善作用優(yōu)于增加側(cè)窗寬度。

5 結(jié)語

通過對贛北地區(qū)高校學生宿舍進行建模并模擬分析，發(fā)現(xiàn)該宿舍存在著室內(nèi)天然光照度不均勻、進深較大處照度較低等問題。之后建立兩組對照實驗研究側(cè)窗洞口的寬度及高度分別對高校宿舍室內(nèi)天然光環(huán)境的影響，分析得出：

（1） 在窗臺高度不變的情況下，側(cè)窗洞口的寬度及高度對贛北高校學生宿舍的室內(nèi)天然光照度、采光系數(shù)以及照度均勻度的影響具有差異性。

（2） 從室內(nèi)天然光照度、采光系數(shù)層面考慮，相比較于增大側(cè)窗洞口高度，增大側(cè)窗洞口的寬度對贛北高校學生宿舍的天然光環(huán)境具有更優(yōu)的改善效果。

（3） 從室內(nèi)天然光照度均勻度的層面考慮，增大側(cè)窗洞口高度對室內(nèi)天然光照度均勻度具有改善作用；增大側(cè)窗洞口寬度則有可能反而降低天然光照度。整體來看，增大側(cè)窗洞口的高度對贛北高校學生宿舍天然光照度均勻度的改善效果更好。

文中研究了側(cè)窗洞口的寬度及高度分別對贛北地區(qū)高校學生宿舍室內(nèi)天然光環(huán)境的影響程度，為學生宿舍方案設(shè)計以及既有學生宿舍改造設(shè)計提供了參考。但是研究并未對室內(nèi)眩光情況進行分析評估，在今后的研究中將結(jié)合室內(nèi)眩光分析，以及全年動態(tài)采光分析進行補充，以得出更加合理全面的結(jié)果。