居住建筑自然采光设计的模拟与实践.pdf

居住建筑自然采光设计的模拟与实践居住建筑自然采光设计的模拟与实践 胡文斌1，刘丽娜2，王飞2 1 华南理工大学建筑设计研究院,广州 510640； 2 华南理工大学土木与交通学院,广州 510640； 摘要：摘要：通过理论分析和数学模拟,并借助 ECOTECT 软件,本文对居住建筑的进深、窗墙比、窗台高、透光率、窗户形状等对室内自然采光的影响进行了计算与分析,并对独立型别墅及一梯四户型住宅进行了模拟分析，得出了一些结论,可供建筑设计者在综合分析居住建筑自然光合理利用时作参考 关键字：关键字：居住建筑 自然采光 Ecotect Simulate and Practice on Daylighting Design for Residential Architecture Hu Wenbin1,Liu Lina2 ,Wang Fei2 1.Architectural Design＆Research Institute South China University of Technology,Guangzhou,510640 2.School of Civil Engineering and Transportation South China University of Technology, 510640 Abstract：：With the theoretical analysis, mathematical simulation and Ecotect, this paper calculate and analyze the effect of depth, wall ratio (WWR),sill and transmittance and window configuration to indoor daylight distribution. The conclusion was arrived by simulate separate Villadom and a staircase four households, and it can be used as a reference for utilization of daylighting. Keywords: Residential Architecture Daylighting Ecotect 1 自然采光的重要性 1 自然采光的重要性 自然光具有一定的杀菌能力,是人体健康所必需的,它不仅可以预防肺炎等传染性疾病,还可以调节人体生物钟节奏,对人体的心理健康起着很重要的作用[1]，且能形成比人工照明系统更为健康和更兴奋的工作环境,可提高工作效率。

在建筑中充分利用自然光,能够非常显著地减少能耗和运行费用同时多用自然采光,可以相应减少电力消耗和相关的污染[2]因此,光是建筑环境的重要组成部分，优秀的采光设计可以提高建筑的使用舒适度，减少照明和空调能耗 2 模拟软件介绍 2 模拟软件介绍 本文中采用功能较全的 Ecotect 分析软件对居住建筑进行分析它是由英国 Square One 公司开发的生态建筑设计软件[3]Ecotect 采光分析中采用的是全阴天模型，这是一种最不利的采光条件，它非常适合于对建筑进行综合采光评价 Ecotect 使用英国建筑研究中心 （BRE） 的分项法 （Split Flux）来计算采光系数采光系数是室内某一点的天然光照度和同一时间的室外全阴天水平面天然光照度的比值，这里的室外照度是指全阴天时的天空扩散光，不考虑直射阳光分项法假设到达房间内任一点上的天然光由三个独立的部分组成：天空组分、外部反射组分和室内反射组分 Ecotect 可以针对各种自然采光和人工照明环境作精确地分析和评估，同时给出包括采光参数、照度和亮度在内的一系列标准控制指标，用以评价户型设计、进深设计、外窗设计以及外部遮阳构件设计等方面的对室内自然采光的影响。

通讯作者：刘丽娜，华南理工大学土木与交通学院，510640 联系：15820203760 E-mail：liulina0707@ 0246810121402468进深/m采光系数3 自然采光影响因素分析 3 自然采光影响因素分析 3.1 窗墙面积比 窗墙面积比对室内自然采光的影响较大，在距外墙 4m 范围以内，窗墙面积比对室内照度有显著 影响，超出 4m 以后，影响很小[4]但是,并不是窗户面积越大越好,因为室内照度太高的话,会影响 室内工作人员的视觉舒适度,也会增加太阳辐射热和传热负荷,从而增加空调负荷同时也要考虑建 筑结构的承重荷载 随着窗墙面积比增加,空调能耗线性增加,照明能耗线性减少[5]总能耗随窗墙面积比的增加而 增加，但影响较小据文献分析，冬季不需采暖的香港及珠三角地区窗墙面积比为 45%左右时，总 能耗最低[4]故窗墙面积比既不能过大也不能过下，根据《建筑采光设计标准》要求卧室、书房等 房间的窗地面积比不小于 1/7，推算出不同进深房间需要的最小窗墙面积比如表 1 所示 3.2 建筑进深 建筑进深对室内自然采光影响很大， 随着进深的增加， 室内采光系数迅速衰减， 当进深大于6m，宜采用双侧采光方式。

对于开间为 3.6m 的房间，当窗墙面积比控制在 0.4，窗的宽高比控制在 0.8 时， 室内纵向采光系数随进深的变化曲线为下图 1 所示由图 1 可以看出，当进深为6m 时， 采光系数已接近 1.0， 达到标准要求的下限 从采光的角度来说，当进深大于 6.0m 时，最小窗墙面积比为 29％，如果要满足节能要求，此时将无法选到即可满足节能要求又可以满足采光要求的玻璃，因此，大于 6.0m 进深的房间应采用双侧采光结合户型设计，双侧采光方式具体形式可以为： （1）一侧为出生活阳台的推拉门，另一侧为出工作阳台的透光平开门； （2）一侧为出生活阳台的推拉门，另一侧为与厨房相邻的透光推拉门图 2、图 3 给出双侧采光的效果分析 图 2 双侧采光效果分析 图 3 双侧采光效果分析 3.3 外窗形式 进深/m 2.4 3.64.24.95.46.06.6 7.2 最小窗墙面积比 11% 17%20%23%26%29%31% 34% 表 1 不同进深房间需要的最小窗墙面积比 图 1 采光系数随进深的变化关系 厨房与客厅采用透光推拉门后， 客厅采光效果明显改善 双阳台的采光效果明显优于单侧阳台采光效果 外窗形式对室内采光有一定影响，评价外窗形式对采光的影响从两个角度出发：一是采光系数的大小；二是采光系数分布的均匀性。

平窗和凸窗的采光均匀性很相似，但凸窗的顶板和侧板对采光有一定影响，当侧板长度为 500～600mm 时，在距离外窗 2m 范围内，凸窗房间的采光系数比平窗房间的采光系数低 10～30％，超过 2m 范围内，二者采光系数比较接近转角窗属于两侧采光，在转角处，采光系数比较高，接近 40 左右，比标准要求的下限高出 40 倍，容易产生明暗强烈对比，引起视觉不适故在同等条件下，平窗的采光性能最好，其次是凸窗，再次是转角窗，应避免出现偏窄的竖窗和条形窗图 4、图 5 给出了不同的外窗形式对室内采光的影响 图 4 平窗、凸窗对室内采光影响 图 5 转角窗对室内采光影响 3.4 外遮阳的形式 不同形式的外遮阳对室内采光、自然通风和节能的影响较大，从采光角度来说，垂直百叶对室内采光影响是全局性的，即房间所有区域采光系数下降；水平遮阳板和综合遮阳板的影响只是局部，即靠近外窗 1.5～2.0m 范围内；垂直遮阳板对室内采光影响很小从自然通风的角度来说，与风向成夹角的垂直遮阳和综合遮阳具有捕风效果，可以引导空气进入室内从节能的角度来说，综合遮阳的节能效果最好 综合考虑采光、通风和节能后，在情况可能的前提下，应优先采用垂直遮阳、带偏角的垂直遮阳和综合遮阳，其次是水平遮阳，再次是垂直百叶（但东西向外窗可以优先采用） 。

图 6、图 7 给出了水平遮阳板、垂直遮阳板外挑长度与室内采光的关系，H 和 V 分别为水平、垂直遮阳板外挑长度 3.5 玻璃可见光透射比 室内采光和玻璃遮阳是一对矛盾，强调室内自然采光效果很大程度上会降低外窗的遮阳效果当无法权衡玻璃透光和玻璃遮阳效果时，建议采用普通单片玻璃+水平外遮阳、普通单片玻璃+综合05101520253000.511.52距外窗距离/m采光系数H=300 H=600 H=900 H=1500 H=210005101520253000.511.52距外窗距离/m采光系数V=300 V=600 V=900 V=2100图 6 水平遮阳板外挑长度与室内采光关系图 7 垂直遮阳板外挑长度与室内采光关系 凸窗 平窗 转角窗 凸窗 平窗 转角窗 外遮阳和普通中空玻璃+综合外遮阳的组合方式 因为普通单片玻璃和普通中空玻璃的可见光透过率比较高，通透性比较好，而外遮阳构件遮光效果仅影响距外窗 2.0m 范围，所以比较适合对采光和遮阳均有较高要求的房间 玻璃可见光透射比对室内所有区域的采光效果有影响，综合考虑室内采光和建筑节能，不同窗墙面积比情况下，玻璃最小透射比和玻璃选择可以参照下表 2 选择。

表 2 不同窗墙面积比情况下，玻璃最小透射比和玻璃选择建议 窗墙面积比 玻璃透射比 玻璃选择建议 0.2 ≥0.82 单片普通玻璃、普通中空玻璃 0.25 ≥0.76 压花玻璃、高透型单片 Low-E 玻璃、普通单片玻璃+水平外遮阳 0.3 ≥0.57 吸热玻璃、低透型单片 Low-E 玻璃、普通单片玻璃+综合外遮阳 0.35 ≥0.48 Low-E 中空玻璃、普通中空玻璃+综合外遮阳 3.6 窗户宽度 当开间大小一定时，窗户宽度对室内采光效果影响很大，一般室内平均照度随着随着窗户宽度的增加而增加，但幅度比较小，在设计时应尽量使开间大小与窗户宽度的比值保持在 1:3 以下，并且窗户宽度和高度比值控制在接近 1:0.8～1:2 的范围内图 8、图 9 给出了窗户宽度为开间大小的1/3 和 1/2 时对室内采光的影响 图 8 窗户宽度为开间大小 1/3 时采光效果 图 9 窗户宽度为开间大小 1/2 时采光效果 4 应用实例 4 应用实例 分别以独立型别墅及一梯四户型住宅为例，分析它们自然采光的优劣及进行采光设计时的注意事项，验证了 Ecotect 软件在采光模拟分析中的可靠性。

4.1 独立型别墅采光分析 该别墅位于广东省佛山市，模型及采光分析如下图 10、11、12、13 所示 图 10 独立别墅采光分析模型 图 11 独立别墅采光分析模型 图 12 首层采光系数分布 图 13 二层采光系数分布 分析结论： 1、独立别墅应特别注意室内外照度明暗剧烈变化对人视觉带来的负面冲击，首层走廊采用连续的600mm 宽竖向格栅，形成明暗鲜明的间断采光带，明处采光系数高达 23～25，而相邻房间的采光系数只有 3～5，相差近 5～8 倍，当人从房间进入走道，很容易对格栅中心的强烈采光效果产生不适应而导致瞬时眩晕建议格栅采用可见光透过率小于 0.6 的磨砂玻璃、压纹玻璃和着色玻璃降低走道采光系数 2、首层卧室利用跨层的垂直空间（中庭）和大玻璃幕墙，使得室内采光分配更加均匀，照度远高于一般的功能房间 3、二层书房进深小，且采用双侧采光，照度比较理想 4、二层主人房的浴室没有外窗，室内采光较差，建议可以在与卧室相邻的隔墙采用玻璃砖或磨砂玻璃间隔 5、独立别墅具有优越的室内自然采光条件，各个房间都可以设置直接对外的窗户，并且可以支配跨层的垂直空间（中庭） ，使得室内采光分配更加均匀。

4.2 一梯四户型住宅采光分析 该住宅位于广东省广州市，模型及采光分析如下图 14、15、16 所示 图 14 一梯四户型采光分析模型 。