陳咸潼 孫銘一 那森 史佳琪 李正宇

摘? 要：文章首先制作實(shí)體模型，將其置入人工天穹進(jìn)行采光實(shí)驗(yàn)，改變天空照度及窗洞口位置，測(cè)量室內(nèi)采光照度;再進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模，模型尺寸與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵恢拢⒒贓cotect Analysis軟件進(jìn)行采光模擬實(shí)驗(yàn);最后將兩者數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，比較結(jié)果表明模擬數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)差異集中分布在20%附近，證明了Ecotect Analysis采光模擬數(shù)據(jù)具有可信性，可基于其進(jìn)行建筑采光優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：Ecotect Analysis 軟件;采光實(shí)驗(yàn);人工天穹

中圖分類號(hào)：TU113? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）06-0042-04

引言

天然采光的設(shè)計(jì)是建筑光學(xué)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，良好的天然采光設(shè)計(jì)將提高室內(nèi)的舒適度，大幅節(jié)約能源，在建筑設(shè)計(jì)階段對(duì)于天然采光的優(yōu)化多是基于模擬軟件開展的，如：Ecotect Analysis，天正采光[1]、鴻業(yè)采光[2]、斯維爾采光[3]等軟件。本文針對(duì)應(yīng)用較為便捷的Ecotect Analysis軟件開展了采光模擬準(zhǔn)確性的研究工作。首先手工制作模型，并置于人工天穹中進(jìn)行采光實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)行計(jì)算機(jī)等比例建模，利用Ecotect Analysis進(jìn)行采光模擬，將模擬結(jié)果與人工天穹實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，對(duì)Ecotect Analysis準(zhǔn)確性進(jìn)行了分析。

1 天然采光實(shí)驗(yàn)測(cè)試

1.1 人工天穹及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒榻B

由于室外天然光照度變化較為劇烈，實(shí)驗(yàn)測(cè)試較難保證室外照度一致，因此本文利用人工天穹開展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究工作。人工天穹利用穩(wěn)定光源以及特定的擴(kuò)散材料，來(lái)模擬晴天、半云天、全陰天自然條件。人工天穹有平面反射型、球體直射擴(kuò)散型、球體透射擴(kuò)散型、燈具矩陣型等多種形式。在本實(shí)驗(yàn)中，采用的是球體直射擴(kuò)散型人工天穹，該設(shè)備采用環(huán)氧聚酯（玻璃鋼）做罩面，鋼材做底座，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不易變形老化，易拆卸。燈具全部安裝在底部[4]。

模型采用紙殼板材料，為26cm×20cm×15cm立方體結(jié)構(gòu)模型，西墻幾何中心處安裝8cm×8cm的側(cè)向采光口。測(cè)點(diǎn)位置近墻面布置，近南、北墻各6個(gè)點(diǎn)，分布在不同位置及高度，近東西墻各2個(gè)點(diǎn)，具體分布如圖1、圖2。

1.2 人工天穹實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)將實(shí)體模型放置于人工天穹內(nèi)部測(cè)試平臺(tái)上，通過(guò)改變?nèi)斯ぬ祚穬?nèi)部照度模擬室外天然采光，利用照度計(jì)來(lái)測(cè)定室內(nèi)測(cè)點(diǎn)的照度，其數(shù)據(jù)見表1和2。

表1 近南北墻測(cè)點(diǎn)采光照度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（lx）

備注：290lx為不開啟光源時(shí)人工天穹內(nèi)的照度，下同。

表2 近東墻與西墻人工天穹照度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（lx）

2 Ecotect Analysis 軟件模擬

2.1 Ecotect Anaysis 軟件介紹

Ecotect Analysis軟件是一款十分靈活的建筑熱學(xué)、光學(xué)及聲學(xué)分析軟件，它采用有限差分法，利用網(wǎng)格將分析所在平面根據(jù)用戶需要分割成多個(gè)分析單元，對(duì)每一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析。該軟件可基于太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、建筑熱工參數(shù)等，通過(guò)用戶導(dǎo)入的氣象信息參數(shù)，分析出模型的采光，其使用簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快，可視化程度高[5][6]。

2.2 Ecotect Analysis軟件建模

本實(shí)驗(yàn)按照實(shí)際模型尺寸在Ecotect Analysis中進(jìn)行1：1建模。由于采光系數(shù)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料無(wú)關(guān)，故未設(shè)定計(jì)算機(jī)模型中各圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料參數(shù)。其模型見圖3。根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況，實(shí)驗(yàn)所用照度計(jì)工作面為水平面，故模擬采用水平網(wǎng)格進(jìn)行分析。由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)采光會(huì)有比較大的影響，故采用非吻合尺寸的網(wǎng)格，網(wǎng)格邊緣距離圍護(hù)結(jié)構(gòu)一定的距離。網(wǎng)格采用2470×1875尺寸，x方向20格，y方向16格，距天花板100mm、距地面100mm各一個(gè)，分別進(jìn)行分析。大致位置見圖4。

2.3 Ecotect Analysis模擬結(jié)果

模擬選用測(cè)點(diǎn)為網(wǎng)格各邊向內(nèi)2個(gè)單元格，與實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置。在對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算機(jī)計(jì)算后，生成圖像見圖5-圖12。圖像內(nèi)顏色深淺均為相對(duì)深淺度，各圖像之間無(wú)關(guān)聯(lián)。

根據(jù)圖像內(nèi)數(shù)據(jù)，整理各測(cè)點(diǎn)照度值，見表3和4。

3 Ecotect Analysis模擬準(zhǔn)確性分析

將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，除去幾組反常數(shù)據(jù)，二者相對(duì)誤差見圖13。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的對(duì)比，在分析相對(duì)誤差散點(diǎn)圖后，可以看出，從數(shù)據(jù)上分析，人工天穹照度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與Ecotect Analysis對(duì)同一模型的數(shù)據(jù)相對(duì)誤差基本控制在55%以下，在可接受范圍內(nèi)，集中分布在20%附近，由此可以初步得出，模擬數(shù)據(jù)具有參考價(jià)值，基本符合客觀事實(shí)，實(shí)驗(yàn)與模擬得出的整體照度分布符合理論研究，在其后的相關(guān)研究中，該軟件得出的結(jié)論具有可信度。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文將Ecotect Analysis軟件采光模擬結(jié)果與人工天穹實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，從客觀上驗(yàn)證了Ecotect Analysis采光模擬數(shù)據(jù)具有參考價(jià)值，可用于建筑天然采光的設(shè)計(jì)及優(yōu)化，下一步的工作將是運(yùn)用Ecotect Analysis分析實(shí)際建筑的采光效果并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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