現(xiàn)代住宅自然采光的設(shè)計研究 - 圖文-

1、葛翠玉,碩士,南京工程學院建筑工程學院講師;雄東旭,碩士,南京工程學院助教。現(xiàn)代住宅自然采光的設(shè)計研究葛翠玉GeCuiyu雄東旭XiongDongxu【摘要】文章在調(diào)查研究基礎(chǔ)上,重點對現(xiàn)代住宅常用的側(cè)窗采光進行了分析,從經(jīng)濟指標上提出了住宅合理的采光所需的進深,對住宅的采光設(shè)計具有一定的指導作用?！娟P(guān)鍵詞】天然采光;采光系數(shù);節(jié)能【Abstract】Startingfromsurvey,thisarticleemphasizesonanalysisfornaturallighting ofcommonsidewindowusedinmodernresidences,andcomesupwit

2、hthenecessary depthforanideallightingsystemintheresidence,providingamuchguidingeffortfor designoflightinginresidences.【Keywords 】naturallighting,daylightfactor,energysavingAResearchinDesignforNaturalLightinginModern Residences自然光從人類起源時起,就一直存在于人類的外部環(huán)境之中,人們對自然光的依賴就如同對空氣、水等一樣強烈。在住宅中充分利用自然光有著重大作用和實際意義。從

3、節(jié)能來看,現(xiàn)在全球每年要消費2萬億kWh 的電力(相當于24個三峽電站的發(fā)電量用于人工照明。生產(chǎn)這些電力要排放十幾億噸的C O 2和一千多萬噸的S O 2。電氣照明在為人類造福的同時,也消耗了大量的能源,并對人類生存環(huán)境造成嚴重的污染1。而且,人工照明產(chǎn)生的熱效應(yīng)又使空調(diào)的負擔加大,再加上電燈、電氣的拆換與維修,其帶來的運轉(zhuǎn)費用和負擔十分龐大。因此,若能盡量采用自然光照,其節(jié)能效果相當明顯。況且人們習慣于自然光,自然光的生理衛(wèi)生價值極高,它能對人的心理狀態(tài)產(chǎn)生積極的影響,所帶來的心理上的滿足感是人工照明所無法取代的。1側(cè)窗采光設(shè)計自然采光按采光口形式的不同可以分為側(cè)窗采光和天窗采光兩種。當前的

4、住宅建筑大都是多層或高層,天窗采光 的運用具有很大的局限性,因此側(cè)窗采光是其主要的采光形式。1.1側(cè)窗采光的缺點側(cè)窗采光施工簡單,其位置一般處于人的視線高度,使用者可獲得良好的視野,光線方向性強。但側(cè)窗采光也有它自己的局限性:采光的進深較小,一般傳統(tǒng)側(cè)窗的采光進深為窗上沿與地板距離的1.5倍(圖1;均勻度不好,沿進深方向照度的衰減較大(圖2;近窗處的照度過高容易引起眩光;夏季直射陽光容易造成室內(nèi)的過熱。為了獲得良好的采光效果,必須針對側(cè)窗采光中的有關(guān)問題進行仔細推敲,采取改善措施。1.2側(cè)窗采光的計算經(jīng)調(diào)查,大部分城鎮(zhèn)住宅采用側(cè)窗采光方式,側(cè)窗的位置和大小影響著室內(nèi)照度,同時也受到經(jīng)濟因素和技

5、術(shù)水平的影響。對于室內(nèi)采光狀況,一般用采光系數(shù)作為衡量建筑室內(nèi)采光的指標,建筑采光設(shè)計標準規(guī)定:居住建筑側(cè)窗采光時采光系數(shù)的最低值C m i n >1%,窗地比為1/7。以青島地區(qū)為例,計算采光系數(shù)2:C min=C 'dK cK K 'K wK f(11.2.1側(cè)窗洞口的采光系數(shù)C 'dC 'd 受房間的進深b 、開間和窗高h c 影響。圖3是在全云天時側(cè)窗洞口的采光系數(shù)。通過調(diào)研資料,住宅建筑凈高多在2.652.7m 之間,多取2.6m,取住宅的窗高1.8m,單側(cè)采光的進深在36m 范圍內(nèi),取b =3m 為例,由此得b /h c =3/1.8=1.67

6、,考慮到目前住宅型式,取房間開間l =b ,查圖3得到住宅窗洞口的采光系數(shù)C 'd 約為2.8%。1.2.2窗寬修正系數(shù)K cK c 是該墻面上的總窗寬b c 和建筑長度l 的比值,取開間l =3.3m,b c =2.1m,得K c =0.641.2.3側(cè)窗的透光系數(shù)K 受不同材料制成的窗框、斷面大小、窗玻璃層數(shù)、品種和環(huán)境污染的影響,故要綜合考慮這些因素,它的值為:K =c w (2式中:玻璃光透射比,由調(diào)研資料知,住宅多數(shù)采用普通玻璃,取=0.79;c 窗的擋光折減系數(shù),考慮窗材料和窗扇層數(shù)對采光的影響,由調(diào)研資料知多數(shù)住宅以鋁合金單層玻璃窗為主,因此以鋁合金窗框為基準取c =0.

7、75;w 玻璃污染折減系數(shù),考慮到室內(nèi)外環(huán)境對窗玻璃的污染,取w =圖1傳統(tǒng)側(cè)窗采光進深h1.5h圖2側(cè)窗采光沿進深方向的采光系數(shù)值(左:平面右:剖面10521105D F0.75。將、c 、w代入式(2得總透光系數(shù)K=0.79×0.75×0.75=0.44。1.2.4其他參數(shù)(1側(cè)窗采光的室內(nèi)反射光增量系數(shù)K':由于多數(shù)住宅內(nèi)表面采用淺色材料,且住宅窗高與進深的比值約為1.67,參照采光設(shè)計標準取:K'=2.254;(2室外建筑物擋光折減系數(shù)Kw:根據(jù)采光設(shè)計標準,取室外無遮擋情況計算,即Kw=1。(3晴天方向系數(shù)Kf:調(diào)研資料顯示,多數(shù)住宅為南北向開窗,

8、因此青島地區(qū)北向取1,南向取1.55。1.2.5最低采光系數(shù)計算將上述數(shù)據(jù)代入公式(1計算得:南向:Cmin=2.8%×0.44×0.64×2.254×1×1.55=2.75%>1%;陰天或晴天北向:Cmin=2.8%×0.44×0.64×2.254×1×1=1.78%>1%。以同樣方法計算住宅室內(nèi)沿進深方向(b=4.2m,6m,7.2m,8m的全陰天采光系數(shù)值以及晴天南向修正系數(shù)后沿進深方向的采光系數(shù)值,得圖4,其相應(yīng)的自然光照度值見圖5。由圖4計算結(jié)果知,進深為3m的單側(cè)采光房間

9、在晴天或陰天都能很好的滿足要求,而隨著進深加大,各朝向采光系數(shù)值減少,當單側(cè)采光進深為5m時,僅晴天的情況能滿足采光要求,而在全陰天滿足采光要求的情況下,4.5m范圍內(nèi)能滿足全陰天和晴天情況的采光。因此從照明的觀點看,房間單側(cè)采光的進深限制在35m,對于進深過大的房間只能采用雙側(cè)窗、頂窗或人工照明等。2采光與節(jié)能目前住宅有加大房間進深的趨勢,給側(cè)窗采光帶來困難,因此要處理好采光與節(jié)能的關(guān)系,即與通風、保溫、隔熱、人工照明補償、玻璃的透光特性的關(guān)系等。建筑中照明的能耗占總能耗的40%50%,合理設(shè)計和采用自然采光能節(jié)省照明能耗的50%80%。并且,天然光是無污染、可再生的能源,利用天然光創(chuàng)造良好

10、的光環(huán)境,可以降低照明電能,具有節(jié)能潛力,符合國家的節(jié)能政策。資料顯示,人們對室內(nèi)光線的不滿意率僅為9.1%,主要原因是大部分住宅窗墻比較大,采光效果較好。但由于玻璃保溫效果較差,加之采光量、通風量與窗口面積成正比,而窗戶保溫隔熱性能與窗口面積成反比,即窗口越大隔熱保溫性能越差,其采光與節(jié)能的矛盾越突出,因此必須協(xié)調(diào)采光、保溫、隔熱、節(jié)能等各個方面的關(guān)系,采取有效措施。3實現(xiàn)天然采光的方法前面已對天然采光進行分析,有必要在窗戶設(shè)計中采取措施,對陽光的照射進行“再分配”,變不利為有利,在“用”與“防”之間達到更好的平衡。3.1建筑設(shè)計的方法進行設(shè)計的時候要考慮采光問題,對體量、房間的高度和深度,

11、平面的組織、窗戶的型式、構(gòu)造、結(jié)構(gòu)和材料整體加以考慮。(1窗戶盡量設(shè)計成開啟式、具有采光和通風雙重作用的活動窗戶,這樣具有較好的節(jié)能和環(huán)境效果。對于這一點,現(xiàn)在的住宅設(shè)計中還是做得比較好的。(2將窗的橫檔加寬,位置在窗中間偏低處,以適當遮擋照度高的區(qū)域,提高房間照度均勻性;在橫檔以上使用擴散光玻璃或指向性玻璃,可增加射向頂棚的光線,提高了房間深處的照度, 有時覆蓋進深達7m,室內(nèi)采光效果明顯得到改善。這與經(jīng)常使用的反光百葉的構(gòu)造原理相同:反光百葉可以和遮陽百葉結(jié)合用于整個窗面。若和遮陽百葉結(jié)合使用,最好根據(jù)不同的目的分上下兩個區(qū)域,上部主要用于采光,而下部主要用于遮陽。如果是可調(diào)節(jié)百葉,上部和

12、下部最好采用不同的系統(tǒng),這樣可以使上下部分百葉保持不同的角度,更好地滿足采光和遮陽的要求。如圖6,由于角度不同,上部百葉把光線反射到天花板,而下部百葉則把直射陽光反射到室外。同時,若把反射百葉板的上表面處理為鏡面反射面,下表面為漫反射表面,這樣更有助于將光線反射至室內(nèi)頂棚,提高室內(nèi)照度均勻度。(3盡可能將窗間墻縮小,以減少不均勻性。(4窗位置的高低影響沿房間進深方向的采光均勻性。建議房間的窗洞上口至房間深處與地面所成的角度不小于26°。3.2材料的選擇在窗口面積一定時,窗戶采光效率取決于玻璃材料。平板玻璃光效高,但光線直射室內(nèi)使照明不均勻,效果差,而夾層玻璃和吸熱玻璃具有良好的節(jié)能環(huán)保效果,逐漸受到業(yè)主的歡迎。3.3人工補償?shù)姆椒〒?jù)調(diào)查,越來越多的住宅進深呈現(xiàn)增大現(xiàn)象,并受建筑結(jié)構(gòu)、環(huán)境、時間和天氣等制約,不能完全符合人的意愿,會出現(xiàn)采光不足,離窗戶較遠的地方,室內(nèi)照度就會受到一定限制。在一般日照情況下,窗戶只能為室內(nèi)不超過5m的范圍提供合乎標準的光照3