徐航，秦硯瑤，戴輝自，劉軍，郭帆

（中煤科工集團(tuán) 重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400016）

0 引言

氣候系數(shù)為1.20，重慶市建筑室內(nèi)主要功能房間的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，見(jiàn)表1。

在人們生活中，陽(yáng)光如同空氣和水一樣是不可缺少的重要生存因素。住宅中充分利用自然光的實(shí)際意義，不僅限于它的經(jīng)濟(jì)意義方面，還在于人們習(xí)慣于天然光，充足的天然采光有利于居住者的生理和心理健康，同時(shí)也有利于降低人工照明能耗。各種光源的視覺(jué)試驗(yàn)結(jié)果表明，在同樣照度的條件下，天然光的辨認(rèn)能力優(yōu)于人工光，從而有利于人們工作、生活、保護(hù)視力和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率[1]。利用好天然光資源，提高住宅光環(huán)境質(zhì)量，是住宅天然采光需解決的重要問(wèn)題。

現(xiàn)由于重慶地價(jià)上漲，開發(fā)商為了節(jié)約土地資源，新建高層住宅多為點(diǎn)式建筑。點(diǎn)式建筑雖然節(jié)約土地資源、空間靈活、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，但通風(fēng)、采光性能差，尤其是點(diǎn)式建筑內(nèi)存在的凹槽結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致凹槽內(nèi)空間自然采光條件無(wú)法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，不利于業(yè)主居住的舒適。本文通過(guò)模擬研究輔助點(diǎn)式住宅凹槽內(nèi)自然采光設(shè)計(jì)，并適度提出自然采光優(yōu)化方案，提高采光舒適性。

表1 住宅建筑的采光標(biāo)準(zhǔn)值

針對(duì)側(cè)面采光系數(shù)的計(jì)算方式，《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50033-2013第6章6.0.2作了詳細(xì)的介紹。側(cè)面采光計(jì)算公式：

1 住宅建筑自然采光設(shè)計(jì)研究

1.1 自然采光理論研究

自然采光可采用頂部采光和側(cè)面采光，目前住宅建筑中，大多采用側(cè)面采光?！督ㄖ晒庠O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50033-2013[2]規(guī)定，重慶市屬于Ⅴ類光氣候區(qū)，其室外設(shè)計(jì)照度為12000lx，光

式中

Ac——窗洞口面積；

茲——從窗中心點(diǎn)計(jì)算的垂直可見(jiàn)天空的角度值，無(wú)室外遮擋為90°；

子——窗的總透射比；

Az——室內(nèi)表面總面積。

標(biāo)準(zhǔn)中雖然給出相應(yīng)的計(jì)算方法，但在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑設(shè)計(jì)周期不斷被壓縮，建筑師水平參差不齊，無(wú)法采用該公式進(jìn)行手算。目前室內(nèi)采光達(dá)標(biāo)情況可簡(jiǎn)單采用采光洞口的窗地面積比例，即計(jì)算結(jié)果不低于1/7可視為滿足規(guī)范要求。也可以通過(guò)軟件模擬的方法來(lái)判定室內(nèi)采光是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。通過(guò)窗地比的方法來(lái)判定采光效果的方法對(duì)點(diǎn)式住宅建筑中凹槽內(nèi)的大進(jìn)深房間并不適用，誤差較大，所以本文考慮主要是通過(guò)軟件模擬的方法來(lái)定量分析計(jì)算室內(nèi)采光系數(shù)。Autodesk Ecotect Analysis軟件可用于模擬室內(nèi)自然采光。它基于如下假設(shè)：不考慮直射光，到達(dá)房間內(nèi)任一點(diǎn)上的自然光包含三個(gè)獨(dú)立的組成部分（天空光組分Sky Component、外部反射光組分?Externally Reflected Component、反射光組分Reflected Component），前兩部分在室內(nèi)表面上的內(nèi)部反射。Ecotect軟件中使用的是CIE全陰天分布 (Overcast Sky Distribution)計(jì)算模型，可以通過(guò)當(dāng)前分析網(wǎng)格或獨(dú)立的傳感點(diǎn)來(lái)計(jì)算自然光照明[3]。

1.2 點(diǎn)式住宅項(xiàng)目采光問(wèn)題

目前重慶的點(diǎn)式住宅一般布局為三梯六戶，大多數(shù)設(shè)計(jì)中廚房、客廳和臥室的開間都比較小而進(jìn)深比較大，影響了其開窗面積。尤其是一些高層住宅建筑外輪廓存在凹槽，其凹槽兩側(cè)對(duì)其外窗采光范圍的遮擋影響了房間自然采光，特別是較低樓層的房間，大多數(shù)僅能保證通風(fēng)需要，而采光往往不足，給業(yè)主的日常生活帶來(lái)了許多不便。同時(shí)，隨著業(yè)主權(quán)益意識(shí)的覺(jué)醒與提高，建設(shè)主管部門收到的點(diǎn)式住宅的凹槽采光較差投訴日漸增多。因此，通過(guò)室內(nèi)自然采光設(shè)計(jì)優(yōu)化，提高點(diǎn)式住宅室內(nèi)的采光水平，對(duì)于業(yè)主日常生活，亦或是對(duì)建設(shè)主管部門而言，均大有益處。

1.3 室內(nèi)自然采光設(shè)計(jì)優(yōu)化方法研究

由式（1），可以通過(guò)增大采光窗洞口的面積、窗的透射比、調(diào)整房間的面積和減少采光窗外部的遮擋來(lái)改善房?jī)?nèi)的采光條件。

室內(nèi)自然采光設(shè)計(jì)優(yōu)化方法步驟如下（如圖1）：（1）按1/7的窗地比要求進(jìn)行初判；（2）對(duì)原有設(shè)計(jì)戶型進(jìn)行采光模擬，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析，找出未滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的房間；（3）然后對(duì)未滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的房間進(jìn)行分析調(diào)整；（4）再對(duì)調(diào)整后的模型進(jìn)行采光模擬，直到調(diào)整后的房間滿足采光標(biāo)準(zhǔn)要求；（5）對(duì)整個(gè)模擬和調(diào)整的過(guò)程進(jìn)行分析，找出影響室內(nèi)采光的主要原因和優(yōu)化的方法與思路，提出采光設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的要點(diǎn)。

圖1 室內(nèi)自然采光設(shè)計(jì)優(yōu)化方法步驟

2 采光設(shè)計(jì)優(yōu)化案例研究

現(xiàn)在以重慶某項(xiàng)目為例，選取該項(xiàng)目中一棟高層點(diǎn)式住宅底層戶型作為本次模擬標(biāo)準(zhǔn)層，周圍遮擋建筑考慮水平15°夾角內(nèi)高層建筑。模型建立如圖2。

該樓層高31，正北朝向，選取北向在凹槽內(nèi)的戶型，對(duì)其客廳、次臥、廚房采光效果進(jìn)行研究對(duì)比。其次臥采光洞口為0915的凸窗，窗臺(tái)高度為900；客廳采光洞口為1522的推拉門；廚房采光洞口為0722的玻璃門。模擬中外窗材料選擇隔熱金屬型材和6透明+12A+6透明玻璃，可見(jiàn)光透射比為0.71，外墻為米黃色調(diào)和漆飾面，反射比為0.70。

圖2 總圖模型

如圖3，選取戶型廚房采光外窗在凹槽內(nèi)深度為7400mm寬度為900mm；次臥采光外窗在凹槽內(nèi)深度為6200mm，寬度為2450mm；客廳采光外窗在凹槽內(nèi)深度為2400mm。廚房的窗地比約為1/4，臥室的窗地比約為1/6，客廳的窗地比約為1/6，均滿足采光洞口的窗地面積比例不低于1/7的判斷結(jié)果。由模擬結(jié)果可以看出：該朝向戶型廚房、臥室、客廳均未滿足采光標(biāo)準(zhǔn)上關(guān)于重慶地區(qū)平均采光系數(shù)要求。因此，對(duì)于點(diǎn)式凹槽建筑而言，簡(jiǎn)單用窗地面積比例不低于1/7判斷各房間的采光系數(shù)是否達(dá)標(biāo)并不適用。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)通過(guò)建筑設(shè)計(jì)布局的優(yōu)化，對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整后，再次采用Ecotect軟件對(duì)以上戶型進(jìn)行自然采光的模擬。如圖4。

圖3 戶型平面圖

圖4 原設(shè)計(jì)采光模擬結(jié)果

為增強(qiáng)室內(nèi)自然采光，可考慮增大房間的窗地比，使其滿足采光標(biāo)準(zhǔn)上關(guān)于重慶地區(qū)平均采光系數(shù)的要求，設(shè)計(jì)時(shí)作如下采光優(yōu)化處理：次臥采光洞口由900×1500凸窗調(diào)整為900×2000的凸窗，采光洞口面積增加0.45m2，前窗地比由0.16調(diào)整為0.26； 客廳采光洞口由1500×2200推拉門調(diào)整為1500×2400推拉門，采光洞口面積增加0.3m2，窗地比由0.176調(diào)整為0.192；廚房以調(diào)整室內(nèi)隔斷來(lái)提高房間內(nèi)的采光系數(shù)，如圖5（方案一）保持廚房采光洞口的大小與位置不變，將內(nèi)側(cè)有門的隔斷往廚房?jī)?nèi)移動(dòng)1350mm，廚房的面積減少了2.4m2，窗地比由0.23調(diào)整為0.35。

圖5 廚房（方案一）隔斷調(diào)整

從修改后戶型的模擬結(jié)果圖6（廚房結(jié)果為方案一）中看出，室內(nèi)平均采光系數(shù)均達(dá)到了采光標(biāo)準(zhǔn)上關(guān)于重慶地區(qū)的要求。以上調(diào)整采光洞口和調(diào)整室內(nèi)表面積的方法均可以優(yōu)化室內(nèi)采光，前者更適合于采光面開間較大而采光洞口可調(diào)整的房間，后者更適合于采光洞口調(diào)整空間被限制的房間。

圖6 修改后采光模擬結(jié)果

通過(guò)以上研究可看出，凹槽因其特殊性對(duì)采光具有重要影響，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)控制凹槽的深寬比，將狹長(zhǎng)型凹槽盡可能變?yōu)椤皩捙中汀卑疾?。但深寬比為何值時(shí)，在滿足不低于1/7窗地比下，凹槽內(nèi)空間可滿足采光要求。采用Ecotect軟件進(jìn)行分析，以采光受凹槽影響最大的廚房為例。如圖3，廚房凹槽的深度約為7400mm，寬度約為900mm，窗地比約為1/4，凹槽深度與寬度的比值約為8/1，平均采光系數(shù)的模擬結(jié)果為1.55%。在原有模型的基礎(chǔ)上按比例增加凹槽的寬度再進(jìn)行模擬，最終得到表2結(jié)果。當(dāng)凹槽深度與寬度的比值約為3/1時(shí)，得到如圖6（廚房方案二）的模擬結(jié)果，平均采光系數(shù)為2.46%，此時(shí)廚房可滿足自然采光的要求。當(dāng)凹槽深度進(jìn)一步加深時(shí)，即凹槽深度與寬度的比值大于3/1時(shí)，廚房的采光一般不能滿足要求。

表2 廚房在多種凹槽深度寬度比值下采光模擬結(jié)果

3 結(jié)論

通過(guò)研究可發(fā)現(xiàn)：

（1）對(duì)于點(diǎn)式住宅建筑的室內(nèi)自然采光，設(shè)計(jì)自然采光不足時(shí)，可考慮通過(guò)調(diào)整采光洞口大小或室內(nèi)隔斷來(lái)增大窗地比例提高室內(nèi)采光系數(shù)，在建筑凹槽較深而房間進(jìn)深小時(shí)需要更大的窗地比例來(lái)滿足采光要求；

（2）對(duì)于含凹槽式的點(diǎn)式住宅建筑，當(dāng)凹槽深度與寬度之比大于3/1時(shí)，一般較難滿足自然采光要求。

在點(diǎn)式住宅的自然采光設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合分析以上因素來(lái)使室內(nèi)達(dá)到合理的采光效果。同時(shí)應(yīng)在設(shè)計(jì)階段充分利用模擬軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)和分析，提高建筑自然采光的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

[1]張紹綱.住宅的天然采光的實(shí)測(cè)調(diào)查研究[J].北京：中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑物理研究所，2004.

[2]GB 50033-2013建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[3]柏慕中國(guó).Autodesk Ecotect Analysis2011綠色建筑分析應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.