自然采光設(shè)計(jì)

1、 自然采光設(shè)計(jì)將太陽光引入室內(nèi)，以滿足正常工作及生活的需求，主要包括自然采光標(biāo)準(zhǔn)、采光口設(shè)計(jì)、現(xiàn)代窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。自然采光設(shè)計(jì)以室外全陰天條件作為基本依據(jù)。在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，結(jié)合我國(guó)各地光氣候分區(qū)，合理地確定采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、采光口的形式與面 積，利用現(xiàn)代窗系統(tǒng)技術(shù)等，在節(jié)約能源的同時(shí)有利于改善室內(nèi)光環(huán)境。一、光氣候與光氣候分區(qū)一、光氣候與光氣候分區(qū) l 在天然采光的房間里，室內(nèi)光環(huán)境是隨著室外在天然采光的房間里，室內(nèi)光環(huán)境是隨著室外天氣的變化而改變的。因此，要設(shè)計(jì)好室內(nèi)采天氣的變化而改變的。因此，要設(shè)計(jì)好室內(nèi)采光，必須對(duì)當(dāng)?shù)氐氖彝庹斩葼顩r以及影響它變光，必須對(duì)當(dāng)?shù)氐氖彝庹斩葼顩r以及影響它變化的氣象

2、因素有所了解，以便在設(shè)計(jì)中采取相化的氣象因素有所了解，以便在設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)措施，保證采光需要。所謂應(yīng)措施，保證采光需要。所謂光氣候就是由太光氣候就是由太陽直射光、天空擴(kuò)散光和地面反射光陽直射光、天空擴(kuò)散光和地面反射光形成的天形成的天然光平均狀況。然光平均狀況。 一、天然光的組成和影響因素 。l組成：直射光、天空擴(kuò)散光、地面反射光l影響天然光組成的因素：l晴天、全云天l全云天地面照度的影響因素： 太陽高度角、云狀、地面反射能力、大氣透明度，建筑物的朝向?qū)Σ晒庥绊懞艽?，朝陽房間（如朝南），建筑物的朝向?qū)Σ晒庥绊懞艽?，朝陽房間（如朝南）面對(duì)太陽所處的半邊天空亮度較高，房間內(nèi)照度也高；而背陽房面對(duì)太陽

3、所處的半邊天空亮度較高，房間內(nèi)照度也高；而背陽房間（如朝北）面對(duì)的是低亮度天空，故這些房間的照度就比朝陽間（如朝北）面對(duì)的是低亮度天空，故這些房間的照度就比朝陽房間的照度低得多。而在朝陽房間中，如太陽光射入室內(nèi)，則在房間的照度低得多。而在朝陽房間中，如太陽光射入室內(nèi)，則在太陽照射處具有很高的照度，而其他地方的照度是由天空擴(kuò)散光太陽照射處具有很高的照度，而其他地方的照度是由天空擴(kuò)散光形成，其照度就低得多。這在室內(nèi)產(chǎn)生很大的明暗對(duì)比，而這種形成，其照度就低得多。這在室內(nèi)產(chǎn)生很大的明暗對(duì)比，而這種明暗面的位置和比值又不斷改變，使室內(nèi)采光狀況很不穩(wěn)定。明暗面的位置和比值又不斷改變，使室內(nèi)采光狀況很不穩(wěn)

4、定。，天空全部為云所遮蓋，因此室外天然采光全部為，天空全部為云所遮蓋，因此室外天然采光全部為擴(kuò)散光，物體后面沒有陰影。這時(shí)室外地面照度取決于太陽高度擴(kuò)散光，物體后面沒有陰影。這時(shí)室外地面照度取決于太陽高度角、云狀、地面反射能力、大氣透明度等四個(gè)因素，房間內(nèi)照度角、云狀、地面反射能力、大氣透明度等四個(gè)因素，房間內(nèi)照度也相對(duì)穩(wěn)定和均勻。也相對(duì)穩(wěn)定和均勻。陰天（全云天）晴天 光氣候是錯(cuò)綜復(fù)雜的，需要從長(zhǎng)期的觀測(cè)中找出其規(guī)律。目前多采用全云天作為設(shè)計(jì)的依據(jù)顯然不適合于晴天或多云天多的地區(qū)有人提出按所在地區(qū)占優(yōu)勢(shì)的天空狀況或按“平均天空”來進(jìn)行采光設(shè)計(jì)和計(jì)算。 目前我國(guó)采光標(biāo)準(zhǔn)仍采用全云天作為采光設(shè)計(jì)依

5、據(jù)。l通過各地區(qū)的輻射光當(dāng)量值與當(dāng)?shù)囟嗄耆蛰椛溆^測(cè)值換算出該地區(qū)的照度資料。就是利用這種方法得出的全國(guó)135個(gè)點(diǎn)的照度數(shù)據(jù)繪制成的全國(guó)年平均總照度分布圖。l 我國(guó)地域遼闊，各地光氣候有很大區(qū)別從圖我國(guó)地域遼闊，各地光氣候有很大區(qū)別從圖1 1中可看出：西北中可看出：西北廣闊高原地區(qū)室外總照度年平均值高達(dá)廣闊高原地區(qū)室外總照度年平均值高達(dá)31.46klx31.46klx。而四川盆地及。而四川盆地及東北北部地區(qū)只東北北部地區(qū)只21.18klx21.18klx，相差達(dá)，相差達(dá)30%30%。l若采用同一采光標(biāo)準(zhǔn)值是不合理的，故采光標(biāo)準(zhǔn)將全國(guó)劃分為若采用同一采光標(biāo)準(zhǔn)值是不合理的，故采光標(biāo)準(zhǔn)將全國(guó)劃分為I

6、IV V個(gè)光氣候分區(qū)個(gè)光氣候分區(qū)( (圖圖2)2)。l在在建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中所列采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值適用于中所列采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值適用于類光氣類光氣候區(qū)。其他地區(qū)應(yīng)按它所處不同的光氣候區(qū)，選擇相應(yīng)的光氣候候區(qū)。其他地區(qū)應(yīng)按它所處不同的光氣候區(qū)，選擇相應(yīng)的光氣候系數(shù)（見表系數(shù)（見表1 1）。各區(qū)具體的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，為采光標(biāo)準(zhǔn)各表所）。各區(qū)具體的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，為采光標(biāo)準(zhǔn)各表所列采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值乘列采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值乘上各區(qū)的光氣候系數(shù)。 1 1采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值 l不同的視看對(duì)象要求不同的照度，而照度在一定范圍內(nèi)是越高越好，照度越高，工作效率越高，但高照度意味著投資大。采光標(biāo)準(zhǔn)的確定

7、必須既考慮到視覺工作的需要，又照顧到經(jīng)濟(jì)上的可行性和技術(shù)上的合理性。 l建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是采光設(shè)計(jì)的基本依據(jù) 。l 視覺工作分為IV級(jí)，各等級(jí)視覺工作要求的天然光照度最低值分別為250、150、100、50、25lx。人們把室內(nèi)完全利用天然光進(jìn)行工作時(shí)的室外天然光最低照度稱為臨界照度也就是室內(nèi)開始需要采用人工照明時(shí)的室外照值。這一值的確定影響開窗大小、人工照明使用時(shí)間長(zhǎng)短等，具在一定的經(jīng)濟(jì)意義。l各類建筑的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值l居住建筑采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值l辦公建筑采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值l學(xué)校建筑采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值l圖書館建筑采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值l旅館建筑采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值l醫(yī)院建筑采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值l博物館和美術(shù)館建筑采光系數(shù)標(biāo)

8、準(zhǔn)值l工業(yè)建筑采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值l 我國(guó)的采光標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定臨界照度值為我國(guó)的采光標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定臨界照度值為5000 lx5000 lx。確定這一值后就可。確定這一值后就可將室內(nèi)天然光照度換算成采光系數(shù)。由于不同的采光口類型在室將室內(nèi)天然光照度換算成采光系數(shù)。由于不同的采光口類型在室內(nèi)形成不同的光分布，故采光標(biāo)準(zhǔn)按不同的采光口類型，分別提內(nèi)形成不同的光分布，故采光標(biāo)準(zhǔn)按不同的采光口類型，分別提出不同的要求。頂部采光時(shí)，室內(nèi)照度分布均勻，采光系數(shù)采用出不同的要求。頂部采光時(shí)，室內(nèi)照度分布均勻，采光系數(shù)采用平均值。側(cè)面采光時(shí)，室內(nèi)光線變化大，故用采光系數(shù)最低值。平均值。側(cè)面采光時(shí)，室內(nèi)光線變化大，故用采光系數(shù)最低

9、值。 l2.采光質(zhì)量l（1）采光均勻度l視野內(nèi)照度分布不均勻，容易使人眼疲，因此，要求房間內(nèi)照度分布有一定的均勻度。(即：在距地面1m的假想水平面上，也就是在假定工作面上的采光系數(shù)的最低值與平均值之比；也可以認(rèn)為是室內(nèi)照度最低值與室內(nèi)照度平均值之比。) 頂部采光時(shí)，級(jí)采光等級(jí)均要求在0.7以上。 l（2）防止眩光l解決措施l1、作業(yè)區(qū)應(yīng)減少或避免直射陽光；l2、工作人員的視覺背景不宜為窗口；l3、為降低窗亮度或減少天空視域，可采用室內(nèi)外遮擋設(shè)施；l4、窗結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面或窗周圍的內(nèi)墻面，宜采用淺色飾面。 l（3）合適的光反射比 對(duì)于辦公、圖書館、學(xué)校等建筑的房間，其室內(nèi)各表面的反射比為下表所規(guī)定。

10、（4）防止紫外線的進(jìn)入。在博物館、美術(shù)館內(nèi)，應(yīng)盡可能消除紫外輻射，限制天然光照度和減少照射時(shí)間，防止對(duì)展品的危害。l 為了獲得天然光，人們?cè)诜课莸耐鈬o(hù)結(jié)構(gòu)（墻、屋為了獲得天然光，人們?cè)诜课莸耐鈬o(hù)結(jié)構(gòu)（墻、屋頂）上開了各種形式的洞口，裝上各種透光材料，如頂）上開了各種形式的洞口，裝上各種透光材料，如玻璃、乳白玻璃或其他透光材料等，它既可以使室內(nèi)玻璃、乳白玻璃或其他透光材料等，它既可以使室內(nèi)明亮，又可使室內(nèi)免受自然界的侵襲（如風(fēng)、雨、雪明亮，又可使室內(nèi)免受自然界的侵襲（如風(fēng)、雨、雪等）。這些裝有透光材料的孔洞統(tǒng)稱為采光口。按照等）。這些裝有透光材料的孔洞統(tǒng)稱為采光口。按照采光口所處位置，采光口

11、所處位置，采光形式有：側(cè)面采光（側(cè)窗）、頂部采光（天窗）、混合采光。1. 1.側(cè)窗側(cè)窗l(fā) 它是在房間的外墻上開的采光口，是最常見的一種采光形式側(cè)它是在房間的外墻上開的采光口，是最常見的一種采光形式側(cè)窗的構(gòu)造簡(jiǎn)單，不受建筑物層數(shù)的限制，布置方便，造價(jià)低廉；窗的構(gòu)造簡(jiǎn)單，不受建筑物層數(shù)的限制，布置方便，造價(jià)低廉；光線具有明確的方向性，有利于形成陰影，對(duì)觀看立體物件特別光線具有明確的方向性，有利于形成陰影，對(duì)觀看立體物件特別適宜；并可通過它看到外界景物，擴(kuò)大視野與外界取得視覺聯(lián)系，適宜；并可通過它看到外界景物，擴(kuò)大視野與外界取得視覺聯(lián)系，故使用很普遍。窗底邊的高度一般設(shè)置在離地故使用很普遍。窗底邊的

12、高度一般設(shè)置在離地1m1m左右。左右。l有時(shí)為了爭(zhēng)取更多的可用墻面，或?yàn)榱颂岣叻块g深處的照度以及有時(shí)為了爭(zhēng)取更多的可用墻面，或?yàn)榱颂岣叻块g深處的照度以及其他原因，將窗底提高到離地其他原因，將窗底提高到離地2m2m以上，這種側(cè)窗稱高側(cè)窗。以上，這種側(cè)窗稱高側(cè)窗。高側(cè)高側(cè)窗常用于展覽建筑，以爭(zhēng)取更多的展出墻面；用于廠房，以提高窗常用于展覽建筑，以爭(zhēng)取更多的展出墻面；用于廠房，以提高房間深處照度；用于倉庫，以增加儲(chǔ)存空間。房間深處照度；用于倉庫，以增加儲(chǔ)存空間。l1、側(cè)窗 ：在房間的一側(cè)或兩側(cè)墻上開的窗，是最常見的一種采光形式。l適用的場(chǎng)合：進(jìn)深不大的房間采光。 如：教室、住宅、辦公室。l 特點(diǎn)：構(gòu)

13、造簡(jiǎn)單，布置方便，造價(jià)低廉； 光線具有強(qiáng)烈的方向性，有利于形成陰影； 可直接看到外界景物，擴(kuò)大視野； 窗位置低，人眼易看到明亮的天空，易造成眩光。 l 不同側(cè)窗的幾種形式及其光線分布 l側(cè)窗 ：窗位置、尺寸對(duì)室內(nèi)采光的影響l形狀不同，面積相同，窗底同高時(shí)，照度均勻性： 橫長(zhǎng)方形側(cè)窗，房間橫向均勻性較好； 縱長(zhǎng)方形側(cè)窗，房間進(jìn)深方向均勻性較好； 正方形的居中。側(cè)窗采光特點(diǎn)：a、有方向性 b、隨形狀而變化 l側(cè)窗 ：窗位置、尺寸對(duì)室內(nèi)采光的影響lc、隨位置而變化 ld、隨窗戶大小、高低而變化le、隨窗寬度而變化 l f、隨采光玻璃而變化 d、易產(chǎn)生眩光 醫(yī)院病房采光設(shè)計(jì) 2.2.天窗天窗l(fā) 隨若生

14、產(chǎn)的發(fā)展，車間面積增大，用單一的側(cè)窗已不隨若生產(chǎn)的發(fā)展，車間面積增大，用單一的側(cè)窗已不能滿足生產(chǎn)需要，故在單層房屋中出現(xiàn)頂部采光形式，能滿足生產(chǎn)需要，故在單層房屋中出現(xiàn)頂部采光形式，稱為天窗。由于使用要求不同，形成各種不同的天窗稱為天窗。由于使用要求不同，形成各種不同的天窗形式形式 。l天窗 ：利用房屋屋頂設(shè)置的采光口稱天窗，這種采光方式稱天窗采光或頂部采光。l適用的場(chǎng)合：大型工業(yè)廠房和大廳房間。l 特點(diǎn)：采光效率高，約為側(cè)窗的8倍； 照度均勻性較好； 很少受到室外的遮擋； 按使用要求的不同，天窗又可分為多種形式，如矩形天窗、鋸齒形天窗、平天窗、橫向天窗和井式天窗。 l（1 1）矩形天窗）矩形

15、天窗l(fā) 組成：由裝在屋架上的天窗架和天窗架上的窗扇組成。窗扇 可做成垂直或傾斜，窗扇可開啟，起到通風(fēng)的作用。l特點(diǎn)：采光特性和高側(cè)窗相似，眩光小，便于組織通風(fēng)。在跨中的照度最大，而柱子處的照度最小。l適用場(chǎng)合：可用于 中等精密工作，以 及室內(nèi)產(chǎn)生熱量大 或有害氣體時(shí)，較 為適宜。 l特點(diǎn)：采光系數(shù)最高值一般在跨中，最低值在柱子處；l 窗口位置高，不易形成眩光，不受外界的遮擋。l矩形天窗尺寸設(shè)計(jì)l 天窗寬度（bmo）: bmo=0.5bl 天窗的位置高度（hx）: hx=(0.350.7)bl 天窗間距（dc）: dc4hxl 相鄰天窗玻璃間距（bx）: bx=1.5(hc1+hc2)l l（2

16、）橫向天窗 它是將部分屋面板放在屋架下弦，利用露出的屋架安裝窗扇采光。與矩形它是將部分屋面板放在屋架下弦，利用露出的屋架安裝窗扇采光。與矩形天窗相比，橫向天窗省去了天窗架，降低了建筑高度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，節(jié)約材天窗相比，橫向天窗省去了天窗架，降低了建筑高度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，節(jié)約材料。料。 lA.窗扇做成橫長(zhǎng)方形；lB.窗扇做成階梯形；lC.窗扇上沿做成傾斜型l（3）井式天窗l(fā)井式天窗是利用屋架上、下弦之間的空間，將一些屋面板放在下弦桿件上井式天窗是利用屋架上、下弦之間的空間，將一些屋面板放在下弦桿件上形成井口。井工天窗主要用于熱車間。為了通風(fēng)順暢，開口處常不裝設(shè)玻形成井口。井工天窗主要用于熱車間。為了通風(fēng)

17、順暢，開口處常不裝設(shè)玻璃窗扇。為了防止飄雨，除屋面作挑檐外，開口高度大時(shí)還在開口中間加璃窗扇。為了防止飄雨，除屋面作挑檐外，開口高度大時(shí)還在開口中間加幾排擋雨板。幾排擋雨板。l用于熱車間、采光效果不佳l l（4）鋸齒形天窗l(fā) 特點(diǎn)：鋸齒形天窗為單面頂部采光，由于傾斜頂棚的反光，采光效率比縱向矩形天窗要高，在采光系數(shù)相同情況下，鋸齒形天窗面積比縱向矩形天窗少15%20%。l 光線的均勻性好，方向性強(qiáng)。l 若采光口設(shè)計(jì)朝北可避免直射光，防止眩光，不致影響車間的溫濕度調(diào)節(jié)。l 適用范圍：可用于要求室內(nèi)溫濕度穩(wěn)定的車間，如紡織廠的紡織和印染等車間，及美術(shù)館、體育館等建筑。l（5）平天窗：在屋頂上直接開

18、洞，這樣的采光口稱平天窗；一般透光材料選用鋼化玻璃、塑料板等。l特點(diǎn)：l 構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，造價(jià)低；l 采光效率高，為矩形天窗的22.5倍；l 采光口的位置布置靈活，形式可以多樣；l 大量陽光直射室內(nèi)，易產(chǎn)生眩光；l 平天窗表面冬季易結(jié)露；l 外表面易污染，難于清洗，影響透光性。l平天窗類型l a.三角形天窗；b.屋面采光板；c.采光罩l l2、天窗 室內(nèi)天然光采光系數(shù)最低值為5%時(shí)，平、剖面相同的幾種天窗所需的窗地比及采光系數(shù)分布情況：l 四、現(xiàn)代窗系統(tǒng)四、現(xiàn)代窗系統(tǒng)l 現(xiàn)代窗系統(tǒng)主要用于完成較困難的任務(wù)和對(duì)整個(gè)視覺現(xiàn)代窗系統(tǒng)主要用于完成較困難的任務(wù)和對(duì)整個(gè)視覺環(huán)境的有效控制，建筑物幾何形體復(fù)雜、外墻受到嚴(yán)環(huán)境的有效控制，建筑物幾何形體復(fù)雜、外墻受到嚴(yán)重遮擋或很深的空間以及對(duì)熱負(fù)荷有控制要求的建筑重遮擋或很深的空間以及對(duì)熱負(fù)荷有控制要求的建筑物。物。l 適宜的自然光包括視覺作業(yè)和視覺舒適兩方面?，F(xiàn)適宜的自然光包括視覺作業(yè)和視覺舒適兩方面。現(xiàn)代的窗系統(tǒng)拓寬了窗功能，超越了傳統(tǒng)的技術(shù)，其共代的窗系統(tǒng)拓寬了窗功能，超越了傳統(tǒng)的技術(shù)，其共同特點(diǎn)是：使室內(nèi)空間有較高的照度水平無論多云同特點(diǎn)是：使室內(nèi)空間有較高的照度水平無論多云天或晴天，在房間深處都能從采光口得到較高照度；天或晴天，在房間深處都能從采光口得到較高照度；空間的光分布更均勻；通過控制直射