第七章天然采光教学文案.ppt

Page 1湖北工业大学土建学院建筑物理第七章 天然采光第一节 光气候与采光标准一、光气候（一）、天然光的组成和影响因素1、天然光的组成：太阳直射光和天空扩散光太阳直射光形成的照度高，并具有一定的方向，在被照射物体背后 出现明显的阴影天空扩散光形成的照度低，没有一定方向，不能形成阴影2、影响因素：两种光线所占的比例不同，地面的总照度值不一样 (1)晴天云覆盖天空的面积占0一310 (2)多云天一云占410一7l0； (3)全阴天云占8l0一1 晴天时，地面照度主要来自直射日光；随着太阳高度角的增大，直射日光照度在总照度中占的比例也加大全阴天则几乎完全是天空扩散光照明多云天介于二者之间，太阳时隐时现，照度很不稳定Page 2湖北工业大学土建学院建筑物理 (二)、天空亮度分布为了在采光设计中应用标准的光气候数据，国际照明委员会(CIE)根据世界各地对天空亮度观测的结果，提出了全阴天空亮度分布的数学模型，供设计时选择这种天空在同一高度的不同方位上亮度相等，但是从地平面到天顶的不同高度上有以下的亮度变化规律：从上式推算，天顶亮度约为地平线附近天空亮度的3倍Page 3湖北工业大学土建学院建筑物理CIE标准全阴天空适用于最低限度条件的采光设计它符合世界各地对实际全阴天空观测的结果，数学表达式简单，应用广泛我国也采用这类天空作为采光设计的依据这时地面照度（以勒克斯为单位）在数量上等于高度角为42度处的天空亮度（以阿熙提为单位）即：E地（lx)L42(asb)或者 E地（lx)/ L42(cd/m2)因此可导出天顶亮度与地面照度的关系为：E地（lx) 7 /9 Lz (cd/m2)Page 4湖北工业大学土建学院建筑物理Page 5湖北工业大学土建学院建筑物理将全国光气候划分为5个分区编制出全国光气候分区图及全国年平均总照度分布图。

全国总照度的分布特点如下： (1)全国各地夏季总照度最大，冬季总照度最小，春季总照度大于秋季总照度 (2)春、秋、冬和全年的总照度的高值和低值中心位于北纬25的地带，高值中心位于青藏高原南部，低值中心位于四川盆地夏季总照度值增大，高值中心出现在青藏高原东北部，低值中心在四川盆地和贵州东部 (3)全国东部北纬40 以北地区，春、秋、冬和全年总照度值从东北往西南递增，夏季由于受云天和水汽的影响，总照度值从东往西呈径向增大的趋势 (4)新疆地区各季和全年的总照度值从北往南随纬度减少而递增，夏、秋季总照度在北疆和南疆分别出现闭合低值中心；在南疆的低值中心明显，在北疆的低值中心则不明显Page 6湖北工业大学土建学院建筑物理三、采光标准(一)室外临界照度： 室内天然光照度等于采光标准规定的标准值时的室外照度称为“临界照度”，即开始需要采用人工照明时的室外照度值 采光设计的基本原则是：对应于无遮挡的情况下室外照度的最低值能在室内得到需要的最小照度确定室外照度最低值是很不容易的这要根据地区、季节、时刻、国民经济情况及节能要求等因素来确定 在国外，认为室外照度最低值在400060001x之间为适当我国采光设计标准规定室外临界照度为50001x，重庆及其附近地区可取4000lx 。

Page 7湖北工业大学土建学院建筑物理(二)采光系数（C): 采光系数是指室内某一点的天然光照度（Ei)和同一时间的室外全云天水平面天然光照度（E0)的比值是采光设计中采光量的评价指标 我国于1979年颁布了工业企业采光设计标准(TJ3379) ,标准中将视觉标准分为5级，它们对要求的最低值分别为250、150、100、50、15lx及其对应的采光系数需要指出的是，顶部采光时，室内照度分布不均匀，采光系数采用平均值；侧面采光时，室内光线变化大，采光系数则用最小值三)照度均匀度：室内照度最低值与室内照度平均值之比称为照度均匀度， 标准规定，在级视觉工作区，对顶部采光而言，其照度均匀度应在0.7以上对其他情况，未作明确规定 Page 8湖北工业大学土建学院建筑物理第二节 采光口采光方式是确定采光口构造和进行采光计算的基础 按照窗子所处的位置，将窗分为侧窗和天窗两大类 (一)侧面采光 由室内侧面竖向采光口入射的光称为侧面光采入侧面光的方式称为侧面采光、它的优点是有利于开启、防雨、通风、隔热、施工、维护、维修等，但采入光量较少，分布不均，且对邻近地段有干扰 侧面采光有单侧、双侧、多侧方式南向单侧采光的入射光量大，且不稳定、有直射日光。

东西向双侧采光的入射光量变动大、且不稳定，朝夕有直射日光北向单侧采光的入射光量少、但稳定Page 9湖北工业大学土建学院建筑物理1单侧窗 当进深不大，仅有一面外墙的房间，普遍利用单侧窗采光它的主要优点是光线自一侧投射，光流有显著的方向性，使人的容貌和立体物件形成良好的光影造型当工作位置与有窗的外墙相垂直布置时，有效地避免了光幕反射和不舒适眩光此外，通过侧窗还能直接看到窗外景物，窗子的构造简单，维修方便，价格也便宜 不过，有几个因素影响单侧窗的采光效果：第一，室内一点获得的天空直射光数量是由该点透过窗子“看” 到的天空面积大小决定的，离窗子愈远，“看”到的天空面积愈小；第二，全阴天空时，天顶要比地平线附近的天空亮得多；第三，由窗子投射来的光线与受光平面的夹角越大，照度越高，投射角越小，照度越低(余弦定律)；第四，室外景物对天空视域的遮挡这些因素，都造成侧窗采光房间的天然光照度随离开窗子的距离而迅速降低，照度分布很不均匀Page 10湖北工业大学土建学院建筑物理 高而窄的窗子与低而宽的窗于相比，在面积相等的条件下，前者有较大的照射进深但是，如果有一排侧窗被实墙分开，而且窗间墙比较宽，那么，在窗间墙背后就会出现阴影区，平行于窗墙方向(纵向)的天然光分布不均匀，窗子之间的地板和墙面也会显得昏暗。

Page 11湖北工业大学土建学院建筑物理 长向带形窗比面积相同的高而窄的窗子照射进深小，但视域开阔，其天然光等照度曲线是长轴与窗墙相平行的椭圆提高窗上槛的高度能增加照射进深，这种称为带形高测窗如果只在一面墙上设高侧窗，窗下墙区域一定相当暗，因此可能会同窗外的天空形成不舒适的亮度对比Page 12湖北工业大学土建学院建筑物理 凸窗在凸窗附近有充足的天然光，而且视野开阔但是凸窗的顶板遮住了一部分天空，使照射进深比普通的侧窗减小这种窗子适用于旅馆客房、住宅起居室等窗前区域活动多的场合 角窗角窗让光线沿侧墙射进房间，把角窗邻近的侧墙照得很亮，使室内空间的边界轮廓更为清晰侧墙对天然光的反射形成一个由明到暗的过渡带，缓和了窗子与墙面的亮度对比 Page 13湖北工业大学土建学院建筑物理2双侧窗 在相对两面侧墙上开窗能将采光进深增加一倍，同时缓和实墙与窗洞间的亮度对比相邻两面墙上都开侧窗，在缓和墙与墙的对比上效果更显著，但采光进深增加有限Page 14湖北工业大学土建学院建筑物理 (二)顶部采光 由室内顶部采光口采光的方式称为顶部采光如果采光口的面积相同，顶部采光比侧面采光有利它的优点是有利于采入光量及其分布。

对邻近地段没有干扰1、矩形天窗：在单层工业厂房中，矩形天窗应用很普遍它实质上相当于提高位置的成对高侧窗，在各类天窗中，它的采光效率(进光量与窗洞面积的比)最低，但眩光小，便于组织自然通风普通矩形天窗是在屋架上架起一列天窗架构成的，窗子的方向与屋架相垂直，称为纵向矩形天窗天窗屋架增加了建筑高度，也加大了结构荷载(特别是风荷载)，从而提高了建筑费用另一种形式的矩形天窗是将屋面板隔跨分别架设在屋架上弦和下弦位置，窗扇立在屋架外侧，紧贴屋架，称为横向矩形天窗，也称下沉式天窗这种天窗省去了天窗架，但施工复杂一些它的横向采光均匀度好，自然通风效果显著改善，对一些热车间很适用Page 15湖北工业大学土建学院建筑物理矩形天窗的采光效率决定于窗子与房间剖面尺寸的以下基本关系： (1) 天窗跨度bk：对照度水平和照度均匀度都有影响在一定范围内加大bk能提高平均照度并改善均匀度；但超过限度会造成邻跨间天窗的互相遮挡，效果适得其反合适的比例应为bk 0.40.6b(b为建筑跨度或一列天窗分属的建筑宽度) Page 16湖北工业大学土建学院建筑物理(2) 天窗位置的高低与天窗间距：天窗下沿至工作面的高度hx愈高则照度愈低，但均匀度变好；天窗低，效果正相反。

因为hx通常是由生产的工艺或建筑体积决定的，所以控制天窗间距dc与hx的比例较为实际一般以hxdc0.450.70为宜当每跨仅有一列天窗时，dcb，则hxdc0.450.70多跨厂房中的矩形天窗能受到相互交叉照射，天窗位置高低对采光均匀度的影响不很显著 (3) 窗子的倾斜度：由于仰面倾斜设置能加大受光立体角，从而增大采光量与水平面成60角的“梯”形天窗，比相等面积的矩形天窗，可提高工作面照度4060，但是它的构造复杂，容易积尘积雪，射进日光，所以要根据具体情况权衡得失Page 17湖北工业大学土建学院建筑物理2、锯齿形天窗锯齿形天窗的特点是屋顶倾斜，可以充分利用顶棚的反射光，采光效率比矩形天窗约高 5至20当窗口朝北布置时，完全接受北向天空漫射光，光线稳定，直射日光不会照进室内，因此减小了室内温湿度的波动及眩光根据这些特点，锯齿形天窗非常适于在纺织车间、美术馆等建筑使用，大面积的轧钢车间或轻型机加工车间、超级市场及体育馆也有利用锯齿形天窗采光的实例单层的进深不大的房间，或多层楼房的顶层，常设单列的斜顶天窗增加采光进深，或提高墙面的垂直照度，形成特殊的采光效果斜顶天窗在采光上的特点同锯齿形天窗类似。

Page 18湖北工业大学土建学院建筑物理多跨的大面积锯齿形天窗都从单一方向进光，光的方向性强，面向天窗和背向天窗的垂直面照度有较大的差异，如果窗口朝南，有直射日光照进室内，这种差异就更为显著为此，一方面要尽量提高顶棚反射率，增加反射光强度；另一方面，机器设备、货架等要与天窗方向成90布置，避免与天窗平行，造成正反两面明暗反差太大此外，天窗间距应不超过天窗下沿高度的22.2倍(dc22.2hx)以保证工作面的天然光照度均匀 Page 19湖北工业大学土建学院建筑物理3. 平天窗 平天窗的形式很多，其共同点是采光口位于水平面或接近水平面，因此，它们比所有其他类型的窗子采光效率都高得多，约为矩形天窗的22.5倍小型的采光罩更有布置灵活、构造简单、防水可靠等优点，近年在民用建筑中也用的越来越多了平天窗采用透明的窗玻璃材料时，日光很容易长时间照进室内，不仅产生眩光，而且夏季强烈的热辐射会造成室内过热，所以，热带地区使用平天窗一定要采取措施遮蔽直射日光，加强通风降温 (1)大面积采光顶棚主要目的是形成一个接近大自然的全天候室内空间，采光质量无关重要，安全、防水、维修等问题是设计首先考虑的因案透光材料使用玻璃或塑料。

常见于现代建筑的中庭、大型市场、体育馆、博览馆、温室等建筑Page 20湖北工业大学土建学院建筑物理 (2)带形或板式天窗多数是在屋面板上开洞，覆以透光材料构成的采光口面积较大时则设三角形或锥形钢框架，窗玻璃斜置在钢架上屋面采光板，是我国目前应用较多的一种采光形式，在工业建筑中多以大型屋面板为模数，分散地或成带形布置从采光均匀度与减弱眩光考虑，分散布置较好面积大的采光口间距与窗至工作面的高度之比，不宜超过2(即dc2hx)，小面积的采光板为1(即dchx)，最外侧的采光板与墙之间的距离为窗位置高度的一半(dc 0.5hx)Page 21湖北工业大学土建学院建筑物理 (3)采光罩这是一种用有机玻璃、聚丙烯塑料或玻璃钢整体压铸的采光构件，有圆穹形、扁平穹形、方锥形等各种形状采光罩的尺寸较小，一般为1m2左右在构造上分固定式和开启式开启式可以自然通风，但是开关比较复杂为了保温隔热，有的采光罩做成双层透光罩，中间为空气间层或填充保温材料采光罩的特点是重量轻，构造简单，防水可靠，布置灵活国内外都有许多工厂生产采光罩系列产品，这些产品在轻型厂。