房屋建筑采光节能设计

2024-06-09

房屋建筑采光节能设计（通用8篇）

房屋建筑采光节能设计篇1

摘要：在科学技术和经济发展等因素的影响下, 人们对建筑采购节能设计的要求越来越高, 同时, 由于我国疆域面积辽阔, 不同地区的气候特征和环境状况相差悬殊, 因此以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计方式也会有所不同。从建筑设计策略的角度, 研究不同的区域性气候特征, 探讨适合地区的节能气候设计策略, 对建筑节能具有重要的意义。

关键词：屋顶花园,生态理念,空间布局,规划,设计

1 以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计概述

1.1 以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计的内涵

以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计的内涵主要包括如下几个方面的内容。

第一, 以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计就是根据建筑所在区域气候和环境特征, 在建筑环境控制技术基本原理的指导下, 综合考虑建筑在功能和形态设计上的需求, 通过对建筑元素实施合理的组织和处理, 使建筑物充分利用光能而使其自身具有较强的气候适应和调节能力, 从而为居民营建一个有益于其身心健康发展的建筑内部环境。第二, 以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计就是在不影响人体热舒适要求的前提下, 通过合理利用光能这一重要的自然资源, 实现低能耗、高舒适的要求, 其中以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计多是在冬季充分利用太阳能, 有效减少建筑的热损失。而夏季充分利用自然通风和遮阳, 减少建筑的热量。第三, 以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计在空间上体现在各个地区采光节能处理方案的差异, 例如有的区域可以充分利用太阳能实现很好的节能效果, 而有的区域则达不到节能的目的。所以, 根据各地区气候资源的特点探讨适合本区域的采光节能处理方案是以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计研究的重要内容。

1.2 以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计的意义

近些年, 随着人们生活水平的不断提高, 人们对居住环境的舒适度也提出了越来越高的要求, 这就带来了大量的能源消耗问题, 然而能源是有限的, 只有通过节能设计来满足人们对居住环境舒适度的要求。然而, 我国的地域辽阔, 气候资源丰富和地域特性差异较大, 通过以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计策略来有效开发那些被动式的自然能源如太阳能、自然通风等对于节能环保而言意义非常重大。

2 以地域气候和环境为基础的光、热环境中建筑节能设计的矛盾

太阳光作为建筑采光、热环境节能设计的主要影响因素, 在节能设计中对太阳光能的利用往往是具有双面性的, 这其中主要表现为两者在设计要求和分区标准两方面的矛盾。

2.1 节能设计要求的矛盾

采光节能要求建筑将天然光有效引入室内, 有效改善室内的光线效果, 从而达到节约照明用电的目的。而热环境节能设计的主要目的就是能够在夏季有效防止热辐射, 而在冬季将阳光引入室内, 来提高室内的温度。由此可见, 采光、热环境节能设计对建筑的不同要求势必会在设计时产生矛盾。因此, 以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计应全面分析不同区域, 不同气候环境中的各种影响因素, 找出可以有效实现采光、热环境节能设计的最佳平衡点。

2.2 分区标准上的矛盾

采光节能设计的分区以照度为指标, 而热环境节能设计的分区则主要以温度为指标。显然, 二者的分区标准存在很大的差异, 因而, 同一地区可能分属不同区划范围, 具有不同的设计要求。

3 以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计策略

以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计策略应从做好整体规划布局、建筑体型优化、采光口设计及其材料选择以及反光遮阳处理这四方面来进行有效的控制。以下将分别对这些设计策略进行详细的说明。

3.1 做好整体规划布局

规划布局整体性合理的朝向布局是充分保证建筑适宜的光、热环境的重要前提条件。我国地处北半球, 所以日照建筑的采光节能设计设计应是南向布局。从太阳光照射的情况来看, 再加上我国大部分地区夏季主要为东南向, 所以综合分析光照、隔热、保温和通风等效果, 南向布局利于冬季保温夏季防热的节能要求。建筑规范通过综合考虑通风、采光等相关规定, 通过科学规定建筑规划布局的合理日照间距来有效确保建筑物室内能得到充足的日照。同时根据设计分区的实际情况, 要保证可以使阳光入射到建筑底层的窗台面上。通常来看, 日照间距的条件比较容易得到满足, 尽管这样, 由于日光往往可能会被窗外用于遮阳的植被所遮挡, 因此, 还是不能有效保证日光能有效入射到室内。另外, 增加绿化设施可以有效改善热环境, 但是这些绿化设施的布置一定要综合考虑建筑物采光的要求, 不能遮挡建筑进行正常的日照采光。

3.2 做好建筑体型的优化

建筑体型的优化作为建筑节能设计的一个重要方面, 建筑体型的优化对有效利用建筑外表面的直射光和辐射热来极大地改善建筑室内光、热环境能耗具有非常重要的意义。建筑体型的长宽比越大, 建筑得热就越多。其中, 南方以夏季防热为主要的节能工作, 所以建筑适宜采用长宽比较小的建筑体型;而北方节能以冬季保温为主所以北方的建筑宜采用长宽比较大的建筑体型。另外, 从采光的效果来考虑, 建筑体型的长宽比越大光线就越弱, 因此建筑的长宽比不宜过大, 合理设计建筑体型的长宽比, 有效保证采光照度值。所以做好建筑体型的优化是实现以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计的一项最为有效的策略。

3.3 做好采光口设计及其材料选择

从综合节能角度来看, 采光口的设计应在进一步加强构件材料气密性的基础上进行, 根据采光照度的节电量与夏季得热和冬季失热状态下的耗能量在不同区划的要求, 合理的确定不同地域环境中采光口的面积的取值, 并合理布置采光口位置, 做好采光口的设计工作, 充分保证室内自然通风。另外, 与做好采光口的设计工作同样重要工作的就是要有效控制窗玻璃材料对节能设计的影响, 相关调查数据表明, 门窗所导致的能耗占建筑总能耗的一半, 因此门窗作为建筑节能的薄弱环节, 有效控制窗玻璃材料对节能设计的影响, 是实现以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计的重要保障。

3.4 做好反光遮阳的处理

做好反光遮阳的处理是实现以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计的一项重要措施, 然而反光与遮阳措施的改善离不开节能设施的使用。因此为了确保反光遮阳处理在以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计中的功效, 在夏季一般需要在不同建筑的方位采用相应的遮阳措施, 来有效提高照度的均匀性。

4 结语

以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计能够有效利用自然光所提供的能源为人们提供舒适的居住环境, 显然, 以地域气候和环境为基础的建筑采光节能设计在建筑设计中的应用不仅带来了巨大的经济效益和社会效益, 而且对于进一步促进社会的可持续发展发挥了非常重要的作用。

参考文献

[1]刘永忠.采光节能设计分区研究[J].绿色建筑与建筑物理, 2010 (5) .

[2]孙晓林.建筑采光节能设计策略探讨[J].山西建筑, 2008 (11) .

谈可持续的建筑天然采光设计篇2

【关键词】可持续；建筑设计；天然采光

从古至今，建筑设计师们对建筑物的天然采光都十分的关注，这不仅是整个建筑的灵魂，还在建筑设计当中扮演着十分重要的角色。而随着社会的不断发展，人们也将许多先进的设计理念应用到了建筑天然采光设计当中，而可持续科学发展理念的应用，不仅满足了人们在日常生活和工作中生理需求，使得人们有着良好的情况，还有效的提高了建筑资源的利用率，使得建筑行业在发展的过程中，也满足当代人们节能环保的相关要求，从而有效的降低了建筑耗能给周围环境带来的压力。可见，可持续发展理念在建筑天然采光设计的应用过程中，有着十分重要的意义。下面我们就对可持续天然采光的内容和实际应用进行简要的介绍。

一、可持续天然采光的内涵

人们在日常生活和工作的过程中，建筑采光设计有着十分重要的作用，它不仅有利于人们的生理健康，还给建筑结构设计带来了很多的便利。但是，在建筑设计的过程中，天然光没有经过相应的处理，那么就十分容易对建筑结构的内部环境造成影响。例如导致室内环境温度升高，使得空调系统的耗能增大。这就和当前我国建筑行业的绿色可持续发展有着一定的冲突。此外，如果被太阳光过多的直射，也会对人们的生态健康有着极为严重的影响。因此，设计师们在对建筑技术的过程中，就要将可持续天然采光的理念应用到其中，对建筑结构的天然采光系统进行适当的改良，从而有效的解决在其中存在着相应问题，以保证室内空间环境的舒适和健康。

由此可见，人们在建筑设计的过程中，利用相关的技术手段将天然管的有利之处进行很多好的用于，使得室内空间环境的舒适性得到有效的改善，大幅度的提高了天然光的利用率。近年来，随着科学技术的不断进步，人们也将许多先进的科学技术和管理理念应用到建筑天然采光设计当中，从而为建筑结构天然光的利用提供了一个良好的发展平台，而且在许多先进的科学技术的支持下，设计师们也可以对其相关的建筑数据信息进行收集分析，通过精确的数字化测量，充分的发挥出可持续采光的应用效果。

二、天然采光的虚拟预测与评价

随着人们开始对计算机的应用逐步深入，以及对居住环境的追求，对计算机模型天然光的计算建模开始逐渐发展起来，相对于实体模型，能够提供更加精确、细致的数据。相关研究学者曾经指出：到现在为止，恰如其分的天然采光设计如此困建难的原因就是缺相应的设计工具[1]。可见，数字化对天然光的采集有很大的便利，这也为建筑师们设计提供了很多的便利，通过预测天然采光效果，从而进行尤为准确的采光设计。这就是说设计师在设计方面必须将“采光”设计考虑到建筑设计当中。当今国外搭建了许多数字化的天然采光分析模型，这里简单介绍其中的几种模型。由微软公司开发，在EXCEL的平台上搭建而成，面对对象是建筑顶部的设计，通过建立天然的采光分析模型，使气候和建筑能够很好的通过这个平台得到计算，使建筑师通过所得数据得到自己想到的采光率。对于分析照明情况，AG132和Lu menOe -51gner通过分析计算达拉斯一年中太阳运行轨道的精确数据，建立了三维遮挡曲线，以此为基础建立了以中国形似贝壳的铝型铸件。这些由特殊材质制作的五十万个贝壳，以开口向北的方式很整齐的排列在屋顶，通过吸收向北朝向的阳光，并且阻止直射阳光带来的紫外线的投入，很好的避免了建筑物的展品吸收那些有害的成分，从而对人体进行损害。

三、天然采光的实时监控和自动调节

我们可以透过室内看到室外的天空。这个博物馆通过吸收天然光的照射，达到稳定光照的效果，从而避免了展品吸收大量紫外线而产生不良的阴影，影响视觉效果。而且我们在对建筑天然采光设计的过程中，发现这是一个吸引人的、别具一格的、完美组合的建筑学上的解决方案，提供了丰富的自然光，光影效果丰富，隔热装饰巧妙，让人感觉愉悦，视线自由、透明、通畅，可以直视天空。太阳在一年中的变化都会使建筑物采光的均匀度降低。太阳直射的热量会使夏天空调的制冷系数降低，增加了空调以及能源的消耗率和负担。

四、天然光照明范围的扩大

为保证室内光环境、热环境的舒适性与稳定性。人们在天然采光系统中采用一系列的技术手段来实时控制天然光及热的摄入量。首先是在采光材料上出现了革新。采光材料能够自己感知光与热的变化从而调节采光量。现已研制出多种类型的调光玻璃，这些调光玻璃和吸热玻璃、热反射玻璃不同，它们能够随着外界光、热条件的变化而变，从而实现对阳光射入量的控制，为建筑提供理想的光、热环境。目前的调光玻璃主要有四种类型：光致变色、电致变色、温致变色和压致变色。

例如：美国新墨西哥州的一家太阳能技术公司在2003年9月发明了一种能够自动控制热量和阳光射入量的预制屋顶和墙板构件。这种构件内含有一层由水溶性碳水聚合物制成的透明薄膜，只要调整聚合物中各种成分的比例，就可以改变薄膜对阳光的射入和反射性能。从而可使室内温度控制在15.5℃一65.6℃中的任何一处[2]。

美国建筑能源公司目前正在开发一种传感器定位和定向工具，简称这是一个计算机控制程序，只要在适当的位，安放传感器。就可以实时监测电光和天然光的光照情况，并可以输出照度变化曲线、电光和天然光在一年中的照明状况、一定时期内产生的光电能等信息。

总之，可持续建筑天然采光设计在实际应用的过程中，有着许多良好的经济效益，而且随着科学技术的不断发展，设计师们也可以将建筑采光设计的内容和自然环境完美的搭配在一起，使得建筑内部环境中光和环境可以完美的结合在一起，这样就有效的扩大了天然光照明范围，大幅度的降低资源的消耗量，使其在提高人们生活水的同时，也极大的降低了能源的消耗，致使建筑设计的成本得到有效的控制，从而为人们带来了较多的经济利益。目前，可持续建筑天然采光设计已经成为建筑设计中的主要内容之一，这样建筑行业的可持续发展打下了扎实的基础。

五、结束语

由此可见，可持续的建筑天然采光设计在应用中，不仅有效的保障了人们的生理健康，为了人们提高了安逸舒适的生活环境，还有着良好的节能环保功能，为社会经济的可持续发展提供了前提条件。但是，由于可持续的建筑天然采光设计理念在我国建筑设计中起步得比较晚，许多方面还存在着一定的问题，因此我们还要在不断的实践活动中，来对其进行改革和完善，从而推动我国建筑行业的发展。

参考文献

[1]杨志达.建筑采光设计的几个误区[J].山西建筑，2007（13）

[2]胡毅.浅谈如何做好建筑节能设计[J].赤峰学院学报（自然科学版），2011（08）

作者简介

刘鹏，男，出生年月：1985年5月，出生地：辽宁省铁岭市银州区。毕业院校：大连理工大学城市学院。研究方向：建筑设计。身份证号：211202198505041298

房屋建筑采光节能设计篇3

一、采光与节能

据笔者调研发现, 目前小城镇住宅设计有加大房间进深的趋势, 给侧窗采光带来困难, 因此要处理好采光与节能的关系, 即与通风、保温、隔热、人工照明补偿、玻璃的透光特性的关系等。建筑中照明的能耗占总能耗的40%～50%, 合理采用自然采光能节省照明能耗的50%～80%。并且, 天然光是无污染、可再生的能源, 利用天然光创造良好的光环境, 可以降低照明电能, 具有节能潜力, 符合国家的节能要求。

从调查得知, 城镇居民对室内光线的满意率仅为9.1%, 主要原因是大部分小城镇住宅窗墙比较大, 因此采光与节能的协调成为关键问题。从节能来看, 负责室内采光的外门窗是住宅能耗散失的最薄弱部位, 其能耗占住宅总能耗的比例较大, 其中传热损失为1/3, 冷风渗透为1/3, 合理的门窗尺寸及其构造对满足室内的日照、采光、通风、观景要求具有重要的作用。由于玻璃保温效果较差, 加之采光量、通风量与窗口面积成正比, 而窗户保温隔热性能与窗口面积成反比, 即窗口越大隔热保温性能越差, 其采光与节能的矛盾越突出, 因此必须协调采光、保温、隔热、节能等各个方面的关系, 采取有效措施。

二、侧窗采光设计

自然采光按采光口形式的不同可以分为侧窗采光和天窗采光两种。当前的小城镇住宅建筑大都是低层或多层, 天窗采光的运用从技术实用角度来说具有很大的局限性, 因此侧窗采光是其主要的采光形式。

(一) 侧窗采光的缺点

侧窗采光施工简单, 其位置一般处于人的视线高度, 使用者可获得良好的视野, 侧窗采光的光线方向性强。但侧窗采光也有它自己的局限性:

1. 采光的进深较小, 一般传统侧窗的采光进深为窗上沿至地面高差的1.5倍 (见图1) ;

2. 均匀度不好, 沿进深方向照度的衰减较大 (见图2) ;

3. 近窗处的亮度过大容易引起眩光;

4. 夏季直射阳光容易造成室内的温度过高;

为了获得良好的采光效果, 必须针对侧窗采光中的有关问题进行仔细的推敲, 采取改善措施。

经调查, 大部分小城镇住宅采用侧窗采光方式, 侧窗的位置、大小影响室内晴、阴天的照度, 同时也受到经济因素和技术水平的影响。对于室内采光状况, 一般用采光系数作为衡量建筑室内采光的指标 (见表1) , 建筑采光设计标准规定居住建筑侧窗采光时采光系数的最低值Cmin>1%, 窗地比为1/7。

注:表中数值适用于Ⅲ类光气候区

(二) 侧窗采光的计算

目前许多小城镇住宅进深高达20余米, 局部根本无法获得良好的日照。以青岛地区为例, 计算采光系数:

1. 侧窗洞口的采光系数Cd′

Cd′受房间的进深b、开间和窗高hc影响。图1是在全云天天空时侧窗洞口的采光系数。通过调研资料, 住宅建筑净高多在2.65～2.7m之间, 取2.6m, 取住宅的窗高1.8m, 单侧采光的进深在3～6m范围内, 以b=3m为例, 由此得b/hc=3/1.8=1.67, 考虑到目前常用的小城镇住宅型式, 取房间开间l=b, 查图3得到住宅窗洞口的采光系数Cd′约为2.8%。

2. 窗宽修正系数Kc

是该墙面上的总窗宽∑bc和建筑长度l的比值, 取开间l=3.3m, ∑bc=2.1m, 得Kc=0.64。

3. 侧窗的透光系数Kτ

受不同材料制成的窗框、断面大小、窗玻璃层数、品种和环境污染的影响, 故要综合考虑这些因素, 它的值为:

式中:τ:玻璃光透射比;τc:窗结构挡光折减系数;τw:玻璃污染折减系数

(1) 玻璃光透射比τ:由调研资料知, 住宅多数采用普通玻璃, 取τ为0.79。

(2) 窗的挡光折减系数τc:考虑窗材料和窗扇层数对采光的影响, 由调研资料知多数住宅以铝合金单层玻璃窗为主, 因此以铝合金窗框为基准取τc=0.75。

(3) 玻璃污染折减系数τw

考虑到室内外环境对窗玻璃的污染, 取τc=0.75。将τ、τc、τw代入式 (6-9) 得总透光系数Kτ

4. 其他参数

侧窗采光的室内反射光增量系数Kρ′:多数小城镇住宅内表面一般采用浅色材料, 且窗高与进深的比值约为1.67, 参照采光设计标准取室内反射光增量系数为2.254;

室外建筑物挡光折减系数Kw:根据采光设计标准, 取室外无遮挡情况计算, 即Kw=1。

晴天方向系数Kf:调研资料显示, 多数住宅为南北向开窗, 因此青岛地区北向取1, 南向取1.55。

将上述数据代入公式 (1) 计算得:

南向:Cmin=2.8%×0.44×0.64×2.254×1×1.55=2.75%>1%

阴天或晴天北向:Cmin=2.8%×0.44×0.64×2.254×1×1=1.78%>1%

以同样方法计算住宅室内沿进深方向 (b=4.2, 6, 7.2, 8) m的全阴天采光系数值以及晴天南向修正系数后沿进深方向的采光系数值, 得图4, 其相应的天然光照度值见图5。

由图4计算结果知, 进深为3m的单侧采光房间在晴天或阴天都能很好地满足要求, 而随着进深加大, 各朝向采光系数值减少, 当单侧采光进深为5m时, 仅晴天的情况能满足采光要求, 而在全阴天满足采光要求的情况下, 4.5m范围内能满足全阴天和晴天情况的采光。因此从照明的观点看, 房间单侧采光的进深限制在3～5m, 对于进深大的房间只能采用双侧窗、顶窗或人工照明等。

三、天然采光的生态方法

前面已对天然采光进行分析, 有必要在窗户设计中采取措施, 对阳光的照射进行“再分配”, 变不利为有利, 在“用”与“防”之间达到更好的平衡。

(一) 建筑设计的方法

即为建筑设计问题, 在进行设计的时候就要考虑采光问题, 如体量、房间的高度和深度, 平面的组织、窗户的型式、构造、结构和材料。

1. 窗户可设计成开启式、具备采光和通风双重作用的活动窗户, 具有较好的节能和环境效果。

2. 将窗的横档加宽, 放在窗中间偏低处, 以适当遮挡照度高的区域, 提高房间照度均匀性;在横档以上使用扩散光玻璃或指向性玻璃, 可增加射向顶棚的光线, 提高了房间深处的照度, 有时覆盖进深达7m, 室内采光效果明显得到改善。

3. 尽可能将窗间墙缩小, 以减少不均匀性。

4. 窗位置的高低影响沿房间进深方向的采光均匀性。

建议房间的窗洞上口至房间深处与地面所成的角度不小于26°。

(二) 材料的选择

在窗口面积一定时, 窗户采光效率取决于玻璃材料。平板玻璃光效高, 但光线直射室内使照明不均匀, 效果差, 而夹层玻璃和吸热玻璃具有良好的节能环保效果, 逐渐受到用户的欢迎。

(三) 人工补偿的方法

从调查资料中看出, 越来越多的小城镇住宅进深呈现增大现象, 并受建筑结构、环境、时间和天气等制约, 不能完全符合舒适度要求, 会出现采光不足, 使离窗户远的室内空间照度受到一定限制。在一般日照情况下, 窗户只能为室内不超过5m的范围提供符合标准的光照。为提高房间深处的照度, 维持正常采光, 必须用人工光源弥补自然采光的不足, 即人工补偿照明, 一要选择高效节能的荧光灯, 二要光源功率选择要与室内各种活动相匹配。

小城镇住宅的采光设计除了以上所说的, 还要注意与室内其它需求之间的关系, 如考虑室内热舒适性, 室内空气本质等, 采用可持续的天然采光, 要便于用户操作, 能够根据天气变化调节。因此, 小城镇住宅合理利用天然采光对于节能和居住都是非常重要的。

四、展望

过去的几十年间, 中国小城镇的建筑为了追求塑形, 而不顾及实际需要;建筑商在一次投资和长远效益的权衡上也更偏重前者, 故使得建筑师在解决室内环境问题时越来越依赖于人工气候的控制和不断提高的人工照度。这种依靠人工照明来维持的室内空间不利于住户居民的身心健康, 更不利于建筑节能。在中央和国家倡导的“建设节约型社会”精神的指导下, 住宅的节能设计必将成为小城镇住宅建设的方向、目标和核心内容。在这种情况下, 减少住宅能耗, 推广合理的自然采光设计就显得尤为紧迫。探讨小城镇住宅的合理自然采光设计虽然在我国建筑行业中起步的时间很短, 但是随着小城镇建设的不断深入, 相信对小城镇住宅节能设计领域的研究, 必将成为今后工作的一个重点。

参考文献

[1].詹庆旋.光·建筑·城市——呼唤建筑师关注光环境设计.

[2].刘加平主编.建筑物理.2000/12

谈可持续的建筑天然采光设计篇4

1 建筑采光节能设计需要考虑的因素

1.1 协调光、热建筑节能设计的矛盾

阳光中所包含的辐射是建筑对光、热设计过程中的一个主要影响因素, 因此, 在进行节能设计的过程中, 必须要对太阳能辐射保持一个谨慎的态度, 同时要协调的处理好设计要求以及设计分区标准这两个方面所存在的矛盾。

1.1.1 中国所存在的光气候分布图, 将中国的建筑区分为了5个光气候的分区, 因此, 在不同地区进行建筑设计的过程中, 必须要以光气候分布图来作为建筑天然采光设计的指导

在建筑的热能设计上, 以往的建筑热工设计分布图都直接将中国划分成为了5个热工分区。光气候区所使用的指标就是照度, 而我国的热分区中所使用的指标就是指的环境温度。任何同一个地区, 它在一年四季不同时刻都有着不同的光气候区以及热工区域, 从而使得各个地区建筑所需要的采光设计要求也是迥然不同的。因此, 要想使得建筑设计能够达到可持续性采光节能的目的, 就必须要协调好在建筑中所存在的光和热这两者之间的矛盾, 从而定制出科学合理的光气候分布标准以及各项物理参数。

1.1.2 可持续天然采光设计过程中, 不可避免的需要将建筑外部的天然光纤引入到室内, 从而使得建筑的内部达到一定程序的照明视觉效果, 从而减少建筑内部的电能消耗量。

而要实现这一目的, 就需要在建筑设计时加大建筑之间的距离, 从而加大建筑表面阳光照射的面积。而且热工设计则需要建筑在冬季时, 能够最大限度的将阳光引入到室内, 从而提高建筑室内的整体温度, 但是在夏季需要防止外部热量的辐射量, 从而减少室内空调电能的消耗。这些要求都促使了设计师在进行建筑设计的过程中, 必须要合理的控制各个门窗的面积以及位置, 从而减少建筑体型所产生的变化。但是经过这样的设计之后, 建筑设计中热工节能与采光节能这两者就不可避免的出现了冲突、矛盾。因此, 建筑在进行设计的过程中, 必须要在完全平衡这两者之间所存在矛盾的情况下, 还要保持建筑自身的节能设计的最佳效果。

1.2 注重天然采光

采光节能设计必须要考虑天然采光, 而不能一味依赖人工光源。这是因为首先人工光源会影响人们的感受, 光线的温度会给人们带来截然不同的感觉。而自然光在不同的季节、时刻、环境通过合理的设计可以对室内照明产生很好的效果, 其舒适度也远远高于人造光源, 不仅可以使昏暗的房间变得明亮活泼, 还可以塑造室内的艺术空间、营造良好的氛围。其次, 天然光源如得到充分的利用可以节约电能的消耗。在对天然采光设计进行考虑时, 还需要注意的一个问题就是需要配合空调的节能工作。我国大部分地区夏季具有日照时间长、太阳辐射强的特点, 因此在建筑设计时需要合理的利用屋檐、遮阳板、窗帘等调解采光、减少热能消耗、节省电力资源。这种情况在采用玻璃幕墙的建筑中表现得尤为明显, 更需要合理协调采光节能与热能消耗的矛盾。

1.3 根据不同地区环境特点、建筑情况采光节能设计

我国的土地极为辽阔, 不同地区所需要的光照要求和环境有这极大的不同, 并且每个地区的建筑群都有着极大的差别, 因此, 在建筑设计的过程中, 必须要根据地区的不同环境因素、建筑情况来进行天然采光的全局设计。

为节约采光耗能还可以在南向墙面设置镜面材料引入光线, 以改善北面房间的光照度。此外, 为了保证建筑物内日照时间的长度, 还需要考虑植被对光照的影响。绿树枝被对于改善热环境大有裨益, 但是在对其设计时一定要考虑采光需求。

2 具体的采光节能设计 (形状与材料)

采光节能设计的细节, 诸如采光口设计、玻璃的材质、照明设计等等, 需要进行在综合把握以上三个大原则的基础上, 进行合理的规划设计, 以达到节能设计的最佳效果, 为社会能源的和谐发展、建设绿色家园做出贡献。

2.1 窗地比越大, 采光均匀性越好

研究发现, 随着窗地比的增大, 人工照明能耗越小, 房间全年的关灯率就呈现上升的趋势。这是因为窗地比越大, 室内的采光均匀度越高, 室内光线条件的上升当然会促成人工照明能耗的降低。虽然对于采光来讲窗户面积越大越好, 但是建筑设计还需要综合考虑热功耗能 (采暖与制冷) 。因此建筑物的窗地比需要根据不同的光度要求进行不同的设计。如果房间对光度的要求较高则可以适当的扩大窗户面积, 并且辅以其他的外围措施保证房间的保温隔热效果。反之则应当适当缩小窗户的面积以保证室内温度。

2.2 窗户透光率越大, 照度均匀度越高

建筑物窗户的透光率与房间照度均匀值成正比, 即窗户的透光性越好、透光率越大, 房间的照度均匀值越高、光环境越好。因此, 透光率的增大会直接导致人工照明耗能的减少、达到节能的目的。当然, 建筑物能耗还需要考虑热工能耗, 但是窗户的透光率对热工能耗的影响很小, 因此窗户透光率越大, 建筑物的总能耗越低, 节能效果越好。

2.3 窗户相对位置高度越高越节能

随着窗户位置的升高, 近窗处的照度值大幅降低, 这是因为窗台挡住了一部分阳光。而窗户位置越低, 房间内的照度值越高, 照明能耗越低。但是, 窗户位置越低, 室内视觉舒适度会随着降低。因此, 在采光节能设计中, 既要考虑到低窗位对光照值的促进作用, 也要考虑由于光照度平缓对室内人员视觉舒适度的影响。

3 结论

综上所述, 节能设计的两个主要因素就是节流和开源, 因此, 节能设计改革需要减少建筑室内对于石油以及煤炭等不可再生能源的使用。还需要加大对各种再生能源利用的重视, 例如风能和太阳能的开发利用, 只有最大限度的利用自然能源才能够使得建筑节能的效果达到最大化。在建筑能量消耗中, 照明所占用的能源占有着相当大的一部分比例, 这就使得建筑在进行设计的过程中必须要重视建筑采光节能的设计, 使得建筑室内达到较好的可持续天然采光, 彻底实现绿色建筑的目标, 而不仅仅只是从热环境节能上来着手。建筑采光设计也必须要建立在建筑整体性的节能思维基础上, 从而依据当前建筑地区环境特点来分析光和热的环境要求, 使得建筑采光节能达到最好的效果。

参考文献

[1]荆方, 李雯.试论现代建筑的采光节能设计[J].商场现代化, 2011 (19) .[1]荆方, 李雯.试论现代建筑的采光节能设计[J].商场现代化, 2011 (19) .

[2]杨志达.建筑采光设计的几个误区[J].山西建筑, 2009 (13) .[2]杨志达.建筑采光设计的几个误区[J].山西建筑, 2009 (13) .

工业建筑平天窗采光优化设计篇5

笔者首先针对重庆地区工业建筑室内采光及热工状况进行了调研。调研的具体内容包括:测量室内平均照度值、室内外温湿度, 计算平天窗窗地比、平均采光系数等。并针对室内采光状况及夏季热舒适度状况做了的问卷调查。发现的问题总结如下:

1.1 采光系数值普遍不满足国家相应规范要求, 《GB/T 50033—2001建筑采光设计标准》中规定机加工车间的采光系数最低值为3%, 室内参考平面临界照度值为150lx;

1.2 采光均匀度普遍较差, 《GB/T 50033—2001建筑采光设计标准》中规定, 顶部采光时, 采光均匀度不宜小于0.7;

1.3 阴天时室内整体采光情况普遍较差, 局部区域白天依靠人工照明做补充;

1.4 缺乏遮阳设施, 普遍存在夏季室内过热现象, 室内热环境的舒适度差。

2 设计思路

影响采光系数和参考平面照度水平的最大因素是Ac/Ad。首先, 对分析模型进行能耗模拟, 探寻随着Ac/Ad的不断变化对各项能耗的影响, 从而从节能的角度确定合理的窗地比范围;然后, 根据能耗模拟的结果和室内光环境要求, 针对原方案提出改进型方案进行采光模拟;最后, 综合考虑能耗和采光的因素得出最佳采光方案。计算过程主要有以下三个步骤:

2.1 能耗模拟——通过能耗模拟确定Ac/Ad与能耗的关系, 对本厂房模型按照Ac/Ad从小到大分别进行全年能耗模拟, 研究Ac/Ad与建筑的能耗 (供冷能耗、供热能耗、照明能耗) 的关系, 从而确定针对本厂房模型的最佳Ac/Ad值范围。

2.2 采光模拟——根据能耗模拟结果, 设计几种采光方案, 然后选择冬至日 (一年中采光最不利的一天) 对其参考平面进行逐时照度、采光均匀度计算, 并综合考虑建筑室内反射系数、窗户挡光折减系数、玻璃透射率等各因素的影响。计算各方案的采光系数, 并研究与窗地比、天窗布置方式等因素的关系。

2.3 综合分析——通过对能耗模拟结果和采光模拟结果进行综合分析, 得出最佳采光设计方案。

3 建立计算模型及设定模拟条件

3.1 建立计算机模型

建立计算机模型, 定名为区域A, 尺寸30m×60m×12m。区域A北面为外墙, 其他三面为防火墙, 使用面积为1800m2。区域A模型见图1.

3.2 模拟条件

3.2.1 建议区域A内参考平面的采光系数、照度值及均匀度

重庆属于我国光气候Ⅵ分区, 区域A为涂装车间, 属于我国现行规范《GB/T 50033—2001建筑采光设计标准》中规定的采光等级Ⅲ级, 采光系数平均值Cav不小于3.6%, 室内天然光临界照度值为150lx, 采光均匀度不宜小于0.7。

3.2.2 能耗模拟条件

能耗模拟分析采用由美国劳伦斯伯克利国家实验室 (LBNL) 和J.J.Hirsch及其联盟 (Associates) 共同开发的能耗模拟软件e Quest。计算的初始设置条件如表1.

3.2.3 采光模拟条件

本文采光模拟采用美国劳伦斯伯克利国家实验室 (LBNL) 开发的采光模拟软件Radiance进行。具体而言, 研究模拟时间选择一年当中天然采光最不利的冬至日, 天空模型选择CIE全云天天空模型。使用该软件时考虑了以下条件:加载了重庆地区的气候资料、地理位置信息、建筑维护结构表面反射系数、天窗的维护系数、玻璃的透射率等。

4 模拟分析过程

4.1 能耗模拟分析

对于本模型, 建筑能耗主要有:照明能耗和制冷能耗 (重庆地区不考虑供暖能耗) 。模拟中采用CIE均匀天空模型, 全年分析了Ac/Ad取值从0, 1%, 2%, ..., 15%时能耗的节约量的变化趋势, 见图2。

从图2不难看出, 随着Ac/Ad的增大, 照明能耗节省量越来越大。但当Ac/Ad增大到5%以后, 照明能耗节省量增长变得平缓, 趋于恒定;而供冷能耗节约量随着Ac/Ad增大一直呈减小的趋势, 值得注意的是当Ac/Ad≤5%时, 供冷能耗年节约量变化非常缓慢, 但当Ac/Ad≥5%时, 供冷能耗年节约量减小的幅度明显增大;综合考虑供冷能耗和照明能耗年节约量的变化, 对于特定的空间区域A, 当Ac/Ad在5%~8%的范围内时, 可取得较好的节能效果。

4.2 采光模拟分析

模拟设计了三种平天窗布置方案, 见图3。A型为建筑设计方根据以往的经验提出的方案, B、C型是笔者根据能耗模拟得出的最佳Ac/Ad范围所提出的对比优化方案。三种模型的天窗面积、窗地比见表2。

选取冬至日9:00—17:00时段逐时模拟。三个模型均选取相同的相机视角, 除天窗布置形式以外其他所有条件均相同。例如墙面反射率为ρw=0.78, 天花板ρf=0.80, 地板ρg=0.25, 窗户构件挡光折减系数τc=0.8, 单层玻璃透射比τ=0.75等。三种模型的平均采光系数与窗地比的关系见表2.。A、B、C三种模型冬至日参考平面逐时照度模拟结果见图4、5。

由图4可见, A型仅在11:00—14:00时间范围内满足工作平面平均照度150lx的规范要求, B、C型在白天9:00—17:00范围内工作平面平均照度基本均达到规范要求。从平均照度水平上看, C型最佳, B型次之, A型最差。

由图5可见, 三个方案在冬至日9:00—17:00参考平面的照度均匀度, 同样是C型最佳, B型次之, A型最差。并且三方案中仅有C型9:00—17:00内平均采光均匀度达到规范规定的最低值0.7, A、B型均未达到, 且A型的均匀度最差。

4.3 综合能耗、采光模拟结果分析

4.3.1 Ac/Ad对能耗的影响

1) 随着Ac/Ad的增大, 照明能耗节约量刚开始迅速增加, 增加到一定程度慢慢变得平缓;2) 随着Ac/Ad的增大, 供冷能耗节约亮始终为负值并程下降趋势;3) 随着Ac/Ad的增大, 总能耗的节约量先增大后减小, 在5%~8%范围内时取得较理想的取值。

4.3.2 影响参考平面平均照度水平Eav的主要因素

1) 通过A、B、C型的采光模拟结果对比分析, 明显可以得到, Ac/Ad越大Eav越大;2) 通过B、C型的采光模拟结果对比分析, 可以得出, Ac/Ad相近, 天窗布置越均匀Eav越大。

4.3.3 影响天窗平均采光均匀度的主要因素

1) 其他条件相同的情况下, Ac/Ad越大采光均匀度越大;2) 其他条件相同的情况下, Ac/Ad一定, 天窗尺寸越小、布置越均匀采光均匀度越大;3) 采光均匀度一天内随时间有略微波动, 但变化不大。

4.3.4 得出相对最优方案

由能耗模拟结果来看, 最佳的Ac/Ad取值范围是5%—8%, 但分析采光模拟结果, B型、C型的Ac/Ad相近, 但C型无论是室内平均采光系数、冬至日室内参考平面平均照度值、采光均匀度均优于B型。虽然C型的Ac/Ad要略大于B型, 但两者都在最佳Ac/Ad取值范围之内。因此最优平天窗设计方案选定为C型。

5 结论

5.1 采光设计时应针对建筑地域性气候进行专门分析研究。重庆地处光气候分区中天然光资源最匮乏的第Ⅵ区, 经调研发现重庆地区的工业厂房天然采光现状并不理想, 并且存在夏季制冷能耗过大的现象。

5.2 在建筑采光设计过程中, 应进行采光热工一体化设计, 综合采光、能耗两方面的影响因素。本文通过采光和能耗模拟, 证实了对于平天窗的窗地比, 存在一最佳的平衡点 (范围) , 使得既能取得较好的采光效果, 又可以很大程度上节约建筑能耗。

5.3 在窗地比一定的情况下, 平天窗的尺寸规格、布置方式对室内的采光均匀度的影响很大, 在采光设计过程中应仔细推敲, 对提高采光质量可以起到事半功倍的效果。

5.4 建筑设计人员应提高自己对采光知识的学习, 重视采光设计, 掌握合理、准确、快捷的采光设计方法, 以适应我国快节奏的建筑设计市场。

参考文献

[1]严永红.商业中庭采光及照明经济性研究 (一) [J].照明工程学报, 1999, 10 (3) :13-18.

[2]陈红兵, 李德英, 邵宗义.办公建筑的天然采光实验研究[J].建筑科学, 2006, 22 (6) :14-17.

[3]郑洁, 彭鹏, 周玉礼.天窗昼光照明能耗特性的研究[J].暖通空调, 2007, 37 (7) :15-20.

[4]刘加平.建筑物理[M].北京:中国建筑工业出版社, 2009.

建筑构建采光通风和遮阳设计管窥篇6

建筑采光通风设计和遮阳设计是建筑构建设计中两个重要的组成部分, 其对于改善室内温度、光环境以及节约能耗方面具有重要的意义[1]。随着社会和经济的快速发展, 环境问题日益严重, 同时能源消耗也越来越多, 这进一步促进了节能型建筑的发展, 而低污染、低能耗的环保型绿色建筑也必然成为建筑必然的发展趋势。

1 采光通风设计

1.1 采光设计

在建筑构建设计的过程中, 其中的单体建筑均需要满足总体建筑规划中所规定的各种要求, 即除了需要内部空间满足使用要求外, 还必须要具备良好的天然采光。一个采光良好的建筑可以为居住者营造一个良好的居住环境, 使人心情舒畅, 同时也有利于节约能源, 尤其要合理布置住宅内的各种建筑功能。否则, 在不良采光房间内, 单纯的依靠人工照明的方式来进行采光, 则会对居住者的身心健康产生不利的影响[2]。下面从天然采光和门窗对采光的影响这两个方面的内容对建筑构建采光设计进行探究。

1) 天然采光。通常而言, 除观众厅和演播室等有特殊要求的建筑外, 大多数建筑均需要有良好的采光性。因此, 为了确保建筑室内的采光性满足设计和施工的要求, 在单侧采光的过程中要确保房间的进深不超过地面与窗口之间距离的二倍, 而在房屋内部采用双侧采光形式的时候需要尽量增大单侧采光形式的一倍。另外, 为了确保建筑室内获得良好的采光, 确保房屋内的照度值满足设计和规范的要求, 就必须要结合建筑房屋的房间面积、使用要求以及当地日照情况等因素来综合考虑房间的采光, 比如窗地面积比实际上就是估算建筑室内窗口面积的一种估算方式, 即先确定窗口面积, 再结合《民用建筑采光等级表》中所规定的窗地面积比来进行验算。

2) 门窗对采光的影响。鉴于窗口所处的位置和大小会对光线的方向以及室内采光的均匀性产生重要的影响, 所以必须要在建筑构建采光通风的设计过程中合理设置门窗的位置。

1.2 通风设计

在建筑构建中进行通风设计的根本原理实际上就是借助自然或者机械的方法来使建筑房间或者密封的环境中可以保持气流通畅。通风设计实际上包括室内和室外通风两种形式, 但是在建筑构建设计的过程中, 必须要充分考虑自然通风和居住环境的舒适性, 下面就这两个方面的具体内容进行阐述。

1) 自然通风。自然通风是一种原始的节能通风方式, 它可以有效地改善室内的空气质量, 增强室内热舒适以及降低室内空调负荷的一种免费措施。自然通风中, 门窗在室内的位置直接决定了室内气流的流向, 因此, 在建筑构建设计的过程中, 设计人员必须要结合通风效果来合理布置门窗的位置, 以增强室内的通风质量, 增强室内的热舒适性。

2) 室外通风环境。建筑住宅与其所在地的主导风向以及住宅的朝向有关, 同时建筑间距、形式以及群体组合形式等均会对建筑的室外通风环境产生影响。因此, 必须要采用科学合理的建筑住宅布置形式可以有效地提高室外的通风质量和效果。另外, 随着高层建筑住宅数目的增多, 建筑之间的分流可以借助在建筑小品、绿化、地形等方式或者在建筑立面合理设置导流板来加以解决。

2 遮阳设计

2.1 建筑遮阳的分类与选择

建筑遮阳设计是建筑构建设计中一个重要的组成部分, 其直接决定着建筑的节能性。建筑工程施工中的遮阳方式比较繁多, 并且分类的依据不同, 遮阳的分类也各不相同。根据遮阳设计手法, 可以将遮阳设计分为绿化遮阳、建筑附加构件遮阳和简易遮阳三种形式, 具体内容主要为以下几个内容。

1) 简易遮阳类型实际上就是一种借助建筑自身和互相遮阳, 由建筑建造时的特点共同构成, 并且其大都是固定形式, 不可自由调节, 也不需要进行维护, 所以该种类型的遮阳效率无法进行人为控制, 常见的有建筑互相遮阳和自遮阳两种形式。其中的建筑互遮阳实际上就是借助建筑自身与其它建筑群间的凹凸关系所产生的阴影来起到遮阳的目的, 而建筑自遮阳则包括花格窗、骑楼和挑檐等类型, 该种形式除了具有遮阳作用外, 还具有避雨等作用。

2) 建筑附加构件遮阳则使通过在建筑结构中采取合理的措施来达到遮阳的目的, 与简易遮阳形式相比, 建筑附件构件遮阳具有更大的灵活性和方向性, 同时该种形势的遮阳效果也更加理想。

3) 与上述两种遮阳形式相比, 绿化遮阳是一种天然的遮阳手段, 其实际上就是借助自然界的植物所形成的阴影来达到遮阳的目的, 同时也可以借助绿色植物的光合作用来改善建筑周边的空气质量, 降低周边的问题, 从而给人提供一种舒适的居住环境。

另外, 根据遮阳构件形状与效果, 可以将建筑窗口的遮阳构件分成水平式、垂直式、挡板式、综合式以及百叶式。但是为了确保遮阳类型选择额科学性和合理性, 相关设计人员必须要结合项目的地理位置以及建筑的朝向和具体用途等来综合考虑和设计, 切不可以美观为设计的唯一依据。

2.2 建筑遮阳设计的基本原则

首先, 建筑遮阳设计需要与建筑设计来同步考虑。建筑遮阳不单单是附加在建筑结构表面的一种措施, 它还是建筑中一个必不可少的组成部分, 一个好的建筑遮阳设计必须要将遮阳与建筑融为一体, 切实构成一个完整的整体, 所以必须要将建筑遮阳设计贯穿于建筑整体设计中来。而就具体的内容而言, 需要先对建筑形体遮阳进行优先考虑, 然后再要将其与建筑造型进行有机结合来实现二者的有效结合。其次, 遮阳设计要与其它功能相协调, 比如建筑通风、采光和视线等建筑功能, 所以在建筑构建设计的过程中, 设计人员必须要确保遮阳设计的各项因素不对其它建筑功能产生影响。

3结语

采光通风设计和遮阳设计是建筑构件的设计中的两个重要组成部分, 其质量直接影响着建筑结构设计的合理性, 进而会对建筑居住者的舒适性产生影响[3]。

参考文献

[1]孙小燕.谈建筑设计中的采光和日照通风问题[J].山西建筑, 2010, 36 (12) :27-28.

[2]赵齐, 金鑫.现代建筑遮阳设计[J].工程建设与设计, 2013, 23 (11) :79-82.

房屋建筑采光节能设计篇7

因社会的发展, 遗留了很多满足当时年代需求, 但不符合现在使用的需求的建筑, 尤其是七、八十年代的旅馆、高校宿舍、教学楼等, 它们普遍采用内廊式布局, 即在内廊两侧布置房间, 当内廊长度较大且仅两侧开窗采光时, 走廊内部照度极度不均匀, 在局部过暗的同时还存在眩光影响, 于是出现了白天拉上窗帘开启电灯, 人工照明常亮的现象, 造成了能源的极大浪费。据统计, 建筑在运行过程中照明能耗占总能耗的40%-50%, 如果在建筑中充分利用自然光可以有效降低因照明带来的建筑能耗。目前, 国内在新建建筑中考虑自然采光的光环境设计研究比较少, 对于既有建筑内廊的自然采光研究更是比较缺乏。针对这些问题, 笔者对邯郸地区既有建筑内廊进行了一系列调研, 并选取了一处典型案例, 阐述其存在的具体问题, 最终提出改造优化设计方案。

1. 实例概况

选取的研究对象为河北工程大学主校区内博学楼宿舍, 该建筑共有4层, 砖混结构, 建筑面积1762.94平方米, 建造在七十年代, 采用“一”字型布局, 沿内廊两侧布置房间 (如图1) , 是当时为了满足教师、学生住宿需要而大量修建的建筑之一。现在此建筑为研究生宿舍楼, 使用者在住宿过程中发现走廊光环境存在一些问题。

2. 既有建筑走廊光环境调查

2.1 现状概况

笔者做了一个关于该建筑走廊光环境舒适度的走访调查, 调查对象为该建筑的使用者, 得到的结论概况为:走廊较暗, 尤其是处于建筑中部宿舍的人员明显感觉到走廊自然采光不足;走廊内采光不均匀, 走廊两侧较亮, 中间较暗;产生眩光影响, 当建筑外部较亮时, 由于眼部长时间出于昏暗场景中, 对于走廊两侧的强烈光线感到刺眼, 常常出现看不清迎面而来的人的情况 (如图2) 。因此走廊白天需要长时间的人工照明, 带来不必要的电能耗。

2.2 实测调查分析

在2010年9月份的上午12点笔者对该建筑走廊光环境做一系列测试, 测试仪器为st-92式照度计, 沿走廊中心线方向布置测试点, 测试点间隔3000mm, 测试高度为150mm, 当天天气状况为晴间多云。测试数据整理后得到走廊照度曲线图 (如图3) 。

从图3曲线数值可以看出, 沿走廊方向上, 越靠近走廊两端的测试点, 照度值数据越高, 越靠近走廊中间位置, 照度值越低也越昏暗。国家建筑采光设计规划中规定的走廊室内采光标准临界值为25lx, 而该建筑走廊上大部分的照度值都没有达到标准, 且与之差距较大。分析其原因, 除了规范上的历史因素限制外, 主要是由于建筑内一字型走廊长度过大, 中间没有其他自然采光口, 仅有的两侧自然光采光光源由于太阳入射角的限制只有部分阳光入射到采光口的附近, 入射光源折射后迅速衰减, 导致走廊采光不足。

3. 优化改造方案

针对上述存在的问题, 结合以往实际改造经验, 认为依靠反射理论进行自然采光优化是比较经济合理的改造途径, 提出下列优化改造方案。

3.1 反射原理优化

目前国内在一些住宅室内自然采光系统中参考了Anidolic日光系统 (Anidolic Daylighting Systems简称ADS) 的原理, 该原理应用于房间进深较小时效果较为明显, 但是遇到走廊这种长条形空间时无法很好的发挥其作用, 于是笔者对此原理进行了优化。

宏观上可以将此优化过程理解为ADS原理的衍生品。基于ADS原理的反射机制是将室外入射光线反射到窗口附近的天花板、墙体或是地面使之进行二次漫反射, 漫反射之后的光线衰减较为严重, 因此照度明显提高的区域其实仅仅是二次漫反射所能达到的范围。优化反射机制应用于走廊的重点和关键是如何将二次漫反射的范围更大。笔者通过在走廊天花板上布置漫反射装置, 使之能够接收并漫反射采光口疏导进来的直射光线, 来达到增大漫反射范围的目的 (如图4) 。

考虑到单独设置漫反射装置的难度和成本, 笔者认为将现有走廊内部的废旧吸顶灯罩进行改良可行性较高。即用高漫反射材料硫酸钡试剂粉末, 加入聚乙烯醇水溶液, 用压缩空气做动力喷涂其表面, 成型后从美观角度考虑安置于走廊现有吸顶灯之间。漫反射材料实际效果在整个可见光范围内大体可以保持0.99的光谱反射率。

3.2 优化效果

对走廊光环境进行优化后, 利用Ecotect模拟走廊自然光照度, 从照度曲线上可以看出, 通过优化后的走廊内照度曲线比原有曲线变化更为柔和, 可以很大程度上减少眩光的影响, 同时优化后的内部照度值有所提高, 达到了现行采光标准范围内, 避免了长时间使用人工照明带来的额外电能耗, 达到了节能减排的目的。

结论

通过对既有建筑内廊自然采光的优化设计, 对节约能耗及改善使用的舒适度具有重要的作用。文章在前人研究的基础上行, 针对内廊式建筑, 提出简单可行的改进原理, 再投入不大的情况下优化内廊采光设计方案, 对改进同类建筑具有一定的借鉴作用。

参考文献

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[3]Sian Kleindienst, Dr.Marilyne Andersen.Improving Daylighting in Existing Buildings:Characterizing the Effect of Anidolic System.

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[6]李卓, 王爱英.国际上建筑天然采光研究的新动态[J].照明工程学报, 2007.18 (15) :5-11.

房屋建筑采光节能设计篇8

◆天然光的利用

◆建筑照明节能

◆LED照明的应用

◆太阳能光伏并网发电系统

本文将结合工程实践，对这些奥运项目中绿色照明技术的应用情况进行介绍，从而使这些技术能够真正在我国工程实践中得到推广应用，以实现绿色照明技术的可持续发展目标。

1 天然光的利用

天然光是一种绿色能源，我国天然光资源丰富，以北京为例，全年天然光利用时数达3700多小时, 相当于全年日平均天然光利用时数在10个小时以上 (即不开灯的时间) .可见天然光的利用在我国有着巨大的潜力。作为奥运场馆，基于赛后的综合利用, 除了体育赛事外, 还要向社会开放, 引入天然光, 将会有效地节约能源，创造良好的光环境。

为实施“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”三大理念，在能源利用上，天然采光这种节能环保的天然光照明方式自然成为一些场馆优先考虑的方案，在设计过程中取得了相关技术和设计方法上的创新，主要表现在导光管系统、天然采光和膜结构三方面的利用，总结见表1。

1.1 导光管的应用

天然光导管技术的目的是收集天然光，并利用合理的技术将其传送到需要的空间进行照明。采用导光管技术，通过合理的设计为地下车库提供照明，不仅能够体现奥运三大理念，而且还为导光管在我国进一步推广应用具有示范和引导作用。在本次奥运场馆建设中，导光管主要应用的设施及其使用效果，见表2。

奥体中心区地下车库采用的大口径 (直径1.5m) 导光管装置，从研发到制造全部在国内完成，并首次得到应用，不但节约了大量的照明用电，减少了温室气体的排放，而且提供了舒适的自然光线，改善了室内光环境质量，特别是具有自主知识产权，这是奥运三大理念的具体实践。并且竣工后的现场检测结果与计算结果相吻合，见表3。证实导光管的设计、加工的科学性和有效性，对于在我国进一步推广应用积累了丰富的经验。

利用北京市的天然光气候数据，对导光管工程的全年照明及节能效果进行了动态分析，见图1。该工程每年可节约照明用电27700度。由于采用了导光管系统，人工照明时间减少，相当于延长了人工照明系统的使用寿命，减少了更换和维护照明设备的费用。

地下车库及科技大学体育馆导光管的实际效果见图2、图3。

天然光导光系统可用于各类场所的昼间照明，尤其是可以应用于传统采光方式难以使用的场所，如地下空间或无窗建筑。该导光管系统具有节能、环保、舒适的优点，不仅可节约大量的照明用电，进而减少温室气体的排放，而且提供了舒适的自然光线，改善了室内光环境，对人体健康大有益处。实际使用效果及检测结果表明，天然导光系统是2008年奥运会三大理念的一个有效实践，更证明导光管的设计、加工都十分科学、有效，对于我国进一步有效推广积累了丰富的经验。

1.2 天然采光设计

在奥运场馆的建设中，除了对导光系统进行了适当有效的运用外，在天然采光的形式上也取得了一定的突破，主要表现在：

对于大空间体育建筑而言，解决大空间的覆盖问题已非轻而易举，进而要求开窗打洞、随意开合难度更大。以往的体育馆建筑一般利用高侧窗进行采光，利用天窗采光的体育馆以结合屋盖结构形式进行带状采光的居多，在本次奥运场馆的建设中为了充分利用天然光，营造良好的室内光环境，在屋盖结构部分进行了大胆探索，设计了各种形式的大面积采光天窗图4、图5、图6。

其中老山自行车馆采光效果经过国家建筑工程质检中心检测，其节能效果计算结果，见表4。

1.3 膜结构在国家游泳中心中的应用

半透明膜结构作为建筑维护及采光构件应用于体育馆建筑已有很多成功的先例，作为2008北京奥运会主要比赛场馆之一的国家游泳中心“水立方”其整个维护结构全部采用ETFE气枕构成确实是空前的，这种新型材料最大特点是它的透明性，设计实施目标就是要使建筑物内部有良好的采光，给人以透视的室内外联系的感觉。可以说，该设计理念是建筑采光手法中最富有挑战性的一次实践。经过前期采光、节能效果等一系列的计算机模拟计算，保证了水立方室内良好的采光和节能效果。

采光计算结果，各个功能区的采光系数如下表所示。其中比赛大厅的采光系数平均值为2.2%。当室外临界照度(开、关灯时室外水平面照度)为5000 lx时，室内平均照度能达到110 lx。室外临界照度为10000 lx时，室内平均照度能达到220 lx，可满足平时训练和使用要求(全阴天条件下)，晴天效果会更好。

通过参考建筑(与水立方建筑体量和功能相同)计算可以得出以下结论：由于水立方的围护结构采用了ETFE材料，采光水平明显高于参考建筑，就天然光利用情况来看，水立方的各主要采光区域的全年天然光利用时数比参考建筑要高出66%以上，各主要采光区域的照明能耗要比参考建筑低44～68%，整个水立方建筑的照明能耗要比参考建筑低29.4%，见表5。

根据对国家游泳中心“水立方”的天然采光实测效果的分析，见图7。结果表明，除了白天大部分时间能满足训练、娱乐等使用功能外，比赛大厅全年大约有1050小时能够满足TV转播国家、国际比赛的照明要求，因此节能效果明显，两个场所的实际年节约照明用电量43.9万度，见表6。

2 建筑照明节能

2.1 采用高效节能光源和灯具

在奥运工程照明设计、施工过程中均以“奥运三大理念”为指导，通过使用T5管荧光灯等高效光源和照明器具，来实践绿色照明理念，取得高的社会经济效益。

奥运工程一般来说，建筑面积都很大，像国家会议中心、奥运村、媒体村等面积达数十万平方米，除了比赛场馆采用高强度气体放电灯外，几乎所有的室内场所均采用节能灯，T5管荧光灯用量很大，与T8管相比较节电达到45%，汞排放量减少50%。

2.1.1 使用三基色荧光灯代替卤粉荧光灯

大部分直管型荧光灯使用锑锰激活的卤磷酸钙荧光粉，这种荧光粉的效率比较低，见图8。而三基色荧光粉的效率高，显色指数达到85以上，并且在寿命过程中光通量的衰减率也低。使用三基色荧光粉的荧光灯发光效能相比于卤粉荧光灯平均提高21%，因此可以在保证照明水平不变的情况下，大大减少照明能耗。

2.1.2 使用紧凑型荧光灯代替白炽灯

紧凑型荧光灯的寿命长达8000～10000小时(为白炽灯的5～10倍)，而且发光效能图8卤粉荧光灯与三基色荧光粉荧光灯发光效能对比图比白炽灯高很多。当前紧凑型荧光灯的平均发光效能为69.3lm/W，远大于白炽灯(白炽灯发光效能为9.2lm/W)。因此通过使用紧凑型荧光灯代替传统的白炽灯，可以显著地节约能源，并同时节约用户照明开支。

2.2 采用智能控制，实现运行节能

智能照明控制系统在减少照明时间和管理费用的同时，能有效节约能源。根据一般办公大楼的运营经验，节能效果能达到40%以上，一般的商场、酒店、地铁站等节能效果也能达到25～30%。

各场馆均采用了照明集中控制方式，并根据比赛项目及需要设置不同的开灯模式，从而减少了电能的不必要浪费。其中国家会议中心还利用光感调光技术，将自然采光和人工照明有机结合，从而做到在满足视觉功能的前提下，实现节约能源的最大化。

3 LED景观照明在奥运场馆中的应用

新型高效光源LED具有寿命长、节能、环保等显著优点, 从发展趋势来看它将可能是人类照明史上继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯的又一次飞跃。LED在照明应用中的蓬勃快速发展，无疑为我们开辟了更为广阔的领域。LED在这次奥运工程中得到了普遍应用，如水立方、鸟巢、国家馆、玲珑塔等均采用了LED作景观照明，其中以“水立方”最为突出，照明效果营造出了光影奇观，正常运行仅需300千瓦时，与T5管荧光灯相比可节省60～70%的照明用电，这的确是对“科技奥运”、“绿色奥运”的重要实践。

国家游泳中心“水立方”整体像一水体、冰块，晶莹剔透，或者说像无数个凝固了的水泡。如何通过灯光和色彩的变幻实现“海蓝水波”“深海探秘”“水火交融”“碧波荡漾”等场景模式，从而体现“水”的主题，成为了“水立方”夜景照明的重要研究课题，见图9。在“水立方”的夜景照明设计和实施过程中，“国家游泳中心大规模LED建筑物景观照明”课题组广泛合作，开展多项科技攻关研究，将工程实践与科学研究有机结合，从而为最终实现照明设计预期目标走出一条照明实践的创新之路，也为类似工程的景观照明树立了典范。

4 太阳能光伏并网发电系统

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。太阳能光伏发电是太阳能利用的基本方式之一。北京奥运场馆是世界上利用太阳能发电量最多的建筑群之一，太阳能光伏并网发电技术作为实现奥运工程“三大理念”的关键技术之一，得到了广泛的应用，也为太阳能光伏发电系统在我国大面积的应用起到了推动作用。

在奥运工程中大面积运用太阳能发电并网系统的场馆有：国家体育场、国家体育馆、奥林匹克中心区、奥林匹克森林公园、五棵松体育馆、朝阳公园沙排、丰台垒球场7个项目，见图10。其具体技术及节能指标，见表7。

太阳能光伏并网发电系统的特点：

◆资源的充足性

◆零排放的清洁性

◆相对的安全性

◆长寿命和免维护性

◆潜在的经济性

在奥运村通往各个场馆的道路上，太阳能半导体照明灯取代了普通路灯, 并且可为90%的奥运场馆草坪灯、路灯提供照明，不仅节省了大量的电能，而且还具有防潮、耐震、长寿命、少维护等特点。在今后的展览馆、体育馆甚至高档宾馆等工程均具有良好的应用前景。

5 结论

奥运场馆集成应用了天然采光技术、半导体照明系统及太阳能光伏并网发电系统等高效节能照明技术，实现了奥运三大理念的总体目标并达到以下指标：