劉 宇，祝 捷，閆靜靜，程嗣閑，沈晶晶（天津大學(xué)建筑設(shè)計研究院， 天津 300073）

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展與生活水平的提高，人們對于居住環(huán)境的要求日益增加。其中，住宅的自然采光是否良好是居住者關(guān)心的重要內(nèi)容之一。自然采光直接影響了居住環(huán)境的品質(zhì)，良好的自然采光可以提供充足的照明，節(jié)約能源。同時，自然采光營造的光環(huán)境采光均勻、照度適宜，對居住者的生理健康、心理健康有積極影響。在綠色建筑蓬勃發(fā)展的今天，自然采光的好壞已經(jīng)成為判斷住宅綠色建筑性能的重要指標(biāo)，伴隨著模擬技術(shù)的發(fā)展，住宅自然采光設(shè)計要求變得更為合理與精確。如何更好地對住宅自然光環(huán)境進行設(shè)計，成為設(shè)計師關(guān)注的問題。

1 采光標(biāo)準(zhǔn)要求

1.1 采光評價標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

2001 年 11 月 1 日，GB/T 50033—2001《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》開始實施。該標(biāo)準(zhǔn)是在 GB 50033—1991《工業(yè)企業(yè)采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的基礎(chǔ)上，總結(jié)居住和公共建筑采光的經(jīng)驗，并參考國內(nèi)外采光標(biāo)準(zhǔn)制定的。2013 年 5 月 1 日，GB 50033—2013《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》正式執(zhí)行，由推薦性標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)變?yōu)閺娭菩詷?biāo)準(zhǔn), 其中，對于臥室、起居室的采光要求規(guī)定為強制性條文。在綠色建筑評價方面，早在 2006 年，我國第一版 GB/T 50378—2006《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》中，已經(jīng)把臥室、起居室等住宅使用空間的采光系數(shù)作為控制項要求進行評價。在后續(xù) 2014 版中將這些空間的自然采光評價要求進行了簡化，通過規(guī)定窗地面積比來保證居住空間的采光性能。至 2019 版評價標(biāo)準(zhǔn)，在評分項中提出了住宅建筑室內(nèi)主要功能空間≥60 % 面積比例區(qū)域 ，其采光照度值≥ 300 lx 的小時數(shù)，平均采光時間≥8 h/ d。相比較之前的標(biāo)準(zhǔn)，新版評價標(biāo)準(zhǔn)對滿足照度要求的時長做了規(guī)定。這種將全年中建筑空間各位置滿足采光照度要求的時長來進行采光效果的評價，稱為動態(tài)采光評價。

1.2 不同采光評價指標(biāo)的對比

在國外其他評價體系中，如 LEED、WELL 采用年陽光照射度（ASE）與空間日照自足指數(shù)（sDA）動態(tài)采光分析指標(biāo)來評價自然采光的效果。國內(nèi) T/ASC 02—2016《健康建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》中對公共建筑自然采光評價也基于動態(tài)采光評價做出了要求，如表 1 所示。隨著標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，使用動態(tài)采光評價作為自然采光評價指標(biāo)逐漸被采用，并成為一種趨勢。

1.3 動態(tài)采光評價的優(yōu)點

傳統(tǒng)的靜態(tài)采光評價方法是考慮最不利的全陰天條件下，通過設(shè)定室外臨界照度，對室內(nèi)采光系數(shù)進行計算，其結(jié)果與建筑空間形態(tài)、開窗尺寸及建筑材料光學(xué)性能有關(guān)，無法體現(xiàn)太陽輻射照度、建筑朝向等因素對于建筑采光的影響。實際上，室外光環(huán)境的情況是不斷變化的。動態(tài)采光評價以建筑室外年度太陽輻射照度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計算建筑內(nèi)部連續(xù)時間段內(nèi)照度值并進行統(tǒng)計。動態(tài)采光評價除體現(xiàn)了空間形態(tài)、開窗尺寸及材料光學(xué)性能外，還可以有效地反映出建筑的朝向、不同時間、地點以及當(dāng)?shù)氐奶鞖馇闆r等影響因素對室內(nèi)光環(huán)境的影響，可以更加真實地對自然采光的效果進行評價。

表 1 不同標(biāo)準(zhǔn)住宅自然采光評價指標(biāo)

2 自然采光影響因素模擬分析

2.1 模型的建立與模擬條件

目前城市住宅以多層、高層為主，其中面寬小、進深大的單開間、雙開間戶型整體自然采光效果較差，且建設(shè)量大。因此，模型選擇典型的雙開間 H 戶型為研究對象，如圖 1 所示。選用綠建斯維爾軟件 Dali 2020 進行采光分析。為突出使用動態(tài)采光評價對住宅自然采光影響因素的變化，在動態(tài)采光評價的同時，對比模擬相同情況下靜態(tài)采光評價的情況。

圖 1 模擬選用戶型

由于動態(tài)采光分析受地點影響較大，即使相同的光氣候分區(qū)，在氣象數(shù)據(jù)、緯度等條件影響下結(jié)果也有不同。為了減少變量，選擇天津為模擬地點。計算參數(shù)按照 JGJ/T 449—2018《民用建筑綠色性能計算標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行，反射比取值地面 0.3，墻面 0.6，頂棚 0.75，外表面 0.5，窗體選用雙層塑鋼窗，結(jié)構(gòu)擋光系數(shù) 0.55，選用高透 Low-E 玻璃，玻璃透射比 0.76。

2.2 戶型空間影響因素分析

在不考慮周邊遮擋情況下對選用戶型進行靜態(tài)采光分析與動態(tài)采光分析，分別見圖 2 及圖 3?？傮w來看，較大進深的空間，自然采光效果不佳。在靜態(tài)采光分析情況下，起居室、臥室、書房的大部分空間滿足采光系數(shù)＞2.0 的要求，整體達(dá)標(biāo)面積比例為 70%。在動態(tài)采光分析情況下，起居室、臥室等主要居住空間照度值≥300 lx，且時長＞8 h 的空間面積較少，對多個房間統(tǒng)計時利用面積加權(quán)進行統(tǒng)計。在天津地區(qū)氣象數(shù)據(jù)下，3～9 月的自然采光情況較好，全年平均時數(shù) 6.0 h/d。通過比較可知，靜態(tài)采光評價達(dá)標(biāo)區(qū)域采用動態(tài)采光評價不一定滿足，動態(tài)采光評價下，選用戶型的自然采光有效時長較難滿足要求。

圖 2 選用戶型靜態(tài)采光分析

圖 3 選用戶型動態(tài)采光分析

如圖 4 所示，為了分析居住空間的面寬、進深及凸出遮擋對自然采光效果的影響，對選用戶型進行空間優(yōu)化。保持戶型開窗面積不變，適當(dāng)增加戶型面寬，減少進深，同時縮小陽臺尺寸，橫向設(shè)置空調(diào)機位，減少南側(cè)起居室凸出陽臺對兩側(cè)臥室的遮擋。如圖 5 所示，優(yōu)化后的戶型，全年平均時數(shù) 6.3 h/d，自然采光情況得到改善。南向兩側(cè)臥室，在降低南側(cè)起居室陽臺遮擋后，采光效果改善明顯。

圖 4 戶型空間優(yōu)化

圖 5 優(yōu)化戶型動態(tài)采光分析

2.3 規(guī)劃布局影響因素分析

為研究動態(tài)采光評價下不同規(guī)劃布局的影響，選取對采光遮擋較大的行列式布局為研究對象，對選用戶型進行組合，模型層高 2.8 m，層數(shù) 11 層，高度 30.8 m。按日照系數(shù) 1.5 確定建筑間距，模擬地點選擇天津。由于目前規(guī)劃布局主要受到日照時數(shù)的限制，首先模擬行列式布局中并列式、錯列式、斜列式下日照時數(shù)的情況，在滿足大寒日 2 h的日照標(biāo)準(zhǔn)的前提下，其中錯列式、斜列式（南偏東 15°）的方式可以減少住宅間的遮擋，增加日照時數(shù)。

在此規(guī)劃布局的基礎(chǔ)上，繼續(xù)分析不同規(guī)劃布局、不同位置的選用戶型室內(nèi)自然采光情況，如表 2 所示。由于靜態(tài)采光分析反映的是全陰天條件下天空漫反射的室內(nèi)照度，規(guī)劃布局對于靜態(tài)采光分析的影響多表現(xiàn)在周邊遮擋上。因此靜態(tài)采光分析下，除并列式 2，由于西側(cè)遮擋較多造成室內(nèi)采光情況較差外，其余情況室內(nèi)采光情況受規(guī)劃布局影響不大。動態(tài)采光分析以室外年度太陽輻射照度為基礎(chǔ)，在不同的規(guī)劃布局下，除受周邊遮擋影響外，室內(nèi)采光情況受朝向影響變化很大。對比日照時數(shù)分析，較并列式，錯列式與斜列式獲得的日照時數(shù)更多。但是在動態(tài)采光模擬中，斜列式并沒有改善室內(nèi)自然采光情況，年平均時數(shù)甚至低于并列式。這是由于在斜列式布局雖然增加了日照時數(shù)，但是有效的太陽輻射照度并沒有增加，因此對于規(guī)劃布局來講，合理提高室內(nèi)太陽輻射照度，是改善室內(nèi)采光環(huán)境的關(guān)鍵。

表 2 規(guī)劃布局對于室內(nèi)采光的影響

2.4 窗體及裝修材料影響因素分析

除受戶型空間、規(guī)劃布局影響外，窗的選擇是影響室內(nèi)自然采光的關(guān)鍵。影響因素包括窗的面積、窗結(jié)構(gòu)的擋光折減系數(shù)、玻璃的透射比、污染折減系數(shù)等。由于住宅設(shè)計需權(quán)衡考慮節(jié)能、隔聲、采光等多方面的要求，窗的面積往往受到限制，因此提高窗的采光性能對于提高自然采光意義重大。在影響窗采光性能的參數(shù)中，由于節(jié)能要求，多選中空玻璃，透射比變化幅度較小，所以相比而言窗結(jié)構(gòu)的擋光折減系數(shù)影響較大，如圖 6 所示。將窗體選為雙層鋼窗，結(jié)構(gòu)擋光系數(shù) 0.65，對比模擬結(jié)果全年平均時數(shù)由 6.0 h/d 提高為6.8 h/d，自然采光效果明顯提高。

圖 6 窗結(jié)構(gòu)的擋光折減系數(shù)優(yōu)化

GB/T 50378—2019 中對星級綠色住宅要求全裝修交付，因此不同裝修材料反射比對于室內(nèi)采光效果的影響應(yīng)該納入設(shè)計思考范疇。根據(jù)裝修材料重新定義選用戶型室內(nèi)反射比，地面選用淺色木質(zhì)地板（反射比 0.58），墻面白色乳膠漆（反射比 0.84），頂棚選用石膏板吊頂（反射比0.91），如圖 7 所示。對比模擬結(jié)果全年平均時數(shù)由 6.0 h/d提高為 7.2 h/d。

圖 7 裝修材料反射比優(yōu)化

3 結(jié) 語

通過上述分析可以看出，動態(tài)采光評價受到影響因素較多，較靜態(tài)采光評價，有效采光時長的要求對住宅自然采光設(shè)計提出了更高的要求。在住宅自然采光設(shè)計中應(yīng)充分考慮各種影響因素，進行自然采光設(shè)計的優(yōu)化，主要途徑有以下幾點。

（1）戶型設(shè)計注意面寬與進深的比例。進深較大處自然采光效果不理想，適當(dāng)?shù)脑黾用鎸捰兄谔岣呤覂?nèi)自然采光效果。

（2）注意控制立面造型的凸凹變化，突出的陽臺、空調(diào)機位部分有可能對室內(nèi)空間造成遮擋，影響室內(nèi)自然采光效果。

（3）建筑朝向?qū)τ谧匀徊晒庥绊戄^大，在規(guī)劃布局中，增加日照時數(shù)未必可以提高室內(nèi)自然采光效果，需綜合考慮不同時間段內(nèi)太陽輻射照度的影響，選擇有利于室內(nèi)自然采光的朝向。

（4）在窗戶面積、玻璃種類較固定的情況下，可以通過選用窗結(jié)構(gòu)的擋光折減系數(shù)較大的產(chǎn)品改善室內(nèi)自然采光效果。

（5）室內(nèi)裝修材料反射比對于自然采光的影響明顯，選用顏色較淺、反射比較大的裝修材料，有利于住宅的自然采光。