节能建筑的采光设计论文

2024-11-12

节能建筑的采光设计论文（共8篇）

节能建筑的采光设计论文篇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) .

节能建筑的采光设计论文篇2

关键词：建筑设计;天然采光;生态方法

随着科学技术的发展，新的建筑材料被应用于建筑设计中，使得建筑的结构设计和施工工艺有了一定程度的改变，推动了现代建筑行业的发展。尤其是天然采光技术的出现，使得建筑在设计的过程中，有效的减少了对能源的消耗。但是在运用天然光技术的同时，也要考虑到生态的问题，运用生态设计的方式进行建筑采光的设计，从而使得建筑的设计符合生态环保的理念，提高城市的环境质量。

1.天然光的作用

人们在建筑中生活和工作，，可以说，人们的大部分时间都花在建筑中，因此很难接受到自然阳光的照射，使得人们对于自然光的需求越来越大。无论是从心理来讲还是从生理来讲，人们对于自然光的渴求都是非常强烈的，人们需要阳光的洗礼，人们喜欢阳光的自然温度、亮度，自然阳光的照射有利于促进人们的身心的成长，能够使得人们保持开朗积极的心情，从而有助于提高人们的工作和学习效率。

阳光是世界各种生物生存所必须的一种物质，在自然界中，阳光具有着诸多的作用。比如，直射的阳光能够有效的杀灭病菌，可以令植物产生光合作用，有助于人们的新陈代谢，使得室内环境更加的清新明亮，有助于保护人们的视力，平复人们的心情，有利于人们的身体健康。因此，在医院、住宅的建筑设计中，对于采光的要求十分严格。在有些建筑中，大面积的大厅或者是中庭会采用玻璃材料来进行建设，并且建筑的风格按照大自然的四季变化来设计，在阳光的照射下，使得身在其中的人们感受到大自然的美和生机。

2.天然采光与节能

随着社会的发展，对于能源的浪费和消耗逐渐加大，如今，能源缺乏问题已经是各国发展中的主要制约因素。自70年代后，各国都开始出台各项节能方案，以期能够在一定程度上减少能源的消耗和浪费。照明需要消耗大量的矿物能源，而这些矿物能源在燃烧之后会产生大量的二氧化碳，使得空气中的温度逐渐增加，从而引发了温室效应。随着人们的环保意识的增强，人们逐渐开始重视其能源的使用问题。一部分的国家提出了“绿色照明”的理论，以期减少能源的消耗，减少空气中二氧化碳的排放量，维护生态的平衡。而天然光是一种绿色、无污染的可再生能源，利用天然光，可有效降低能源的消耗，对于国家实现可持续发展战略具有重要的影响。

随着现代化城市的发展，城市中建筑的规模和体积在不断的增大，使得天然光无法满足人们的需求，因此需要人工照明来进行辅助。而城市为了解决用地紧张的问题，住宅的高度逐渐加长，而宽度在逐渐的减少，这就使得建筑的采光能力降低;有些建筑的地下空间被广泛的利用，但是地下空间四周都是墙，完全没有窗户，设计师在进行设计的时候，只注重功能的设计，而忽视了采光的问题，因此，地下空间需要大量的照明系统来维持亮度，这就极大的消耗了能源。

3.天然采光的方法

在过去的几十年，玻璃窗装置和玻璃技术得到迅速的发展，低辐射涂层、选择性膜、空气间层、充气玻璃，高性能窗框的研制和发展，遮阳装置和遮阳材料的发展，高技采光材料的应用，为夭然采光的利用提供了条件，同时促进了天然采光技术的发展，现在，设计师可以采用各种技术手段，通过不同的途径来利用天然光天然采光的方法很多，根据建筑的和技术的途径来加以区分，大致分为三种：

3.1是不依赖于技术的方法、平面的组织、窗户的型式、构造、结构和材料整体加以考虑，在解决天然采光的目的时技术起了很小的作用或根本不起作用。天然光的质量、特性和数量直接取决于与建筑形式相结合的天然采光方案。

3.2是利用技术支撑建筑设一计方案.这种方法是通过建筑设计考虑天然采光，但由于某些原因（例如：地形、朝向、气候、建筑的特点等），天然采光满足不了工作的亮度要求或产生眩光等照明缺陷，而采用遮阳（室内外百叶、幕帘、遮阳板等）、玻璃（各种性能的玻璃及其组合装置）和人工照明控制这样的技术手段来补充和增强建筑的天然采光〕也就是说天然采光的目标首先通过建筑形式来解决，然后通过技术的整合弥补不足。建筑的表皮呈现动态的控制，这样有利于使用者在不同的位置设置垂直的百叶来满足特殊的采光需要。

3.3是采用先进技术的方法。这些方法完全抛开建筑设计手段，采用先进的技术系统来解决天然采光，例如：导光管（分水平导光管和垂直导光管）、太阳收集器、先进的玻璃系统（全息照相栅、三棱镜、！可开启的玻璃等），或者收集、分配和控制天然光的日光反射装置，而不采用建筑本身的解决方法洛杉矶能源中心的走廊就采用了天然采光的技术方法，建筑的外部安装了太阳日光反射装置，这个装置跟踪太阳运动，并通过扩散天窗把天然光反射到空间底部日光反射装置是一种高新技术、有利于高效率地采用天然光。

4.天然采光方法的生态原则

在进行采光设计时，人们除了关心采光的效果，还关心在进行采光设计的时候，会对环境和人的健康造成的危害。因此，在进行采光的设计时，要依据生态的原则，采用适当的建筑设计方法，来加强建筑的天然采光能力。天然采光能够有效的减少能源的消耗，而且天然光是一种绿色、无污染的可再生能源，具有很高的生态价值和经济价值。但是，讨论某一种事物的生态作用时，不能只看它的某一方面而应进行全面的综合评价。所以，评价天然采光方法是否合适，关键是要符合可持续发展的要求，符合生态的原则，下面，探讨一下天然采光的有关生态原则

4.1与气候相协调：由于天然光的光源是太阳，所以天然采光的方法要考虑当地的云状、云量、日照率、大气透明度、日照强度等气候条件，选择最佳的采光措施

4.2与地理条件相适应：各个建筑所在地点的地理条件都不一样，例如：地理纬度和经度、高山、平原、峡谷、城市、乡村、相邻建筑的高度和距离及周围其它遮挡物（如树木）的距离和高度等都影响着天然采光，因此，采光方法和措施要与这些条件相适应。

4.3满足视觉舒适度的要求：采用的天然光在满足建筑的使用及工作要求的同时，要避免过强或过弱的光线、避免同一工作区内的强度变化过大、避免眩光、避免光帷反射等，确保人的视觉舒适，防止视觉疲劳，预防眼疾，保证工作的安全性。

4.4降低能耗：天然采光降低了本身的照明能耗，但玻璃的热阻小于其它围护结构，夏季的阳光透过玻璃产生了“温室效应”，增加了采暖或制冷的能耗，因此须采用热工性能较好的采光材料，选用热下能耗较小的方法和措施在满足采光要求的前提下，整体考虑采光系统的能耗，从采光材料的生产、运输、施工、维护到废弃，选择能耗最小的天然采光方式。

5结语

在讨沦天然采光的生态方法时，应正确对待高技术的影响，不要迷信高技术能解决一切生态问题，但也不能完全摒弃高技术，阿尔瓦·阿尔托认为：建筑不是技术问题，而是‘建筑技术’的问题。因此，要正确区分天然采光的建筑和技术的方法，而设计时各个方法须综合考虑，创造一个统一的、完整的天然采光体系，获取最大的生态、采光效益。.

参考文献：

[1] 胡华，曾坚，马剑. 可持续的建筑天然采光技术[J]. 新建筑. 2006（05）

[2] 冯秀丽. 谈可持续的建筑天然采光设计[J]. 科技与企业. 2014（01）

节能建筑的采光设计论文篇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

节能建筑的采光设计论文篇4

随着大量购物中心、火车站、客运站、机场等公共建筑的兴建, 建筑物的体量越来越大, 进深越来越大, 通过外墙进入的自然光已满足不了室内采光的需要, 而室内人工照明又消耗了大量的电能, 增加了二氧化碳的排放。因此, 玻璃采光顶在大体量建筑的屋盖上得到了广泛应用。玻璃采光顶可充分利用自然光, 使人们感觉舒适的同时, 又节约了能源。因此越来越多的建筑设计师、装饰设计师采用玻璃采光顶来实现自己对美的追求和构想, 各种造型各异的采光顶应运而生。采光顶是一种新型的空间结构体系, 是融建筑技术、建筑功能、建筑美学为一体的建筑外围护结构。为营造更好的采光效果及提高旅客的舒适度, 在营口客运南站设计中, 客运站候车室就采用了采光顶的形式, 我们就采光顶的设计进行了深入分析与探讨, 以便采用更适合于本项目的采光顶形式。

2 采光顶分类

2.1 采光顶按照支撑体系的结构形式

(1) 梁系

梁系是采光顶的常用支撑结构, 包括主次梁体系和交叉梁体系。因受力明确、计算方便、加工制造和施工安装简单, 而大量应用于中小跨度的采光顶中。如沈阳恒隆广场采光顶 (图1) , 沈阳万象城采光顶 (图2) 。

(2) 拱和组合拱

拱是压弯杆件, 可以跨越较大距离, 并且造型轻巧、美观。因坡度较大, 雨水、冬雪不易积存, 后患少而得到广泛应用。如沈阳茂业中心采光顶 (图3) 、美国culver city购物中心采光顶 (图4) 。

由于单根压杆受长细比不超过150的限制, 当跨度大时可采用各种组合拱。

(3) 平面桁架和空间桁架

广泛应用于机场、大型火车站、工业厂房等。如韩国仁川机场航站楼、西安咸阳机场航站楼等 (如图5、图6) 。

(4) 网架和网壳

网架和网壳采光顶均属于格构式采光顶。因用钢量省、施工方便而得到广泛应用。平面型格构通常称为网架, 曲面型称为网壳。如沈阳五爱市场中庭大厅采光顶 (图7) 、沈阳百老汇影院采光顶 (图8) 。

(5) 组合式采光顶

是指由若干个平面或曲面组合而成, 具有复杂表面形状的采光顶。

(6) 拉索和拉杆采光顶

拉索和拉杆支撑系统是柔性支撑体系, 必须施加预应力才能形成稳定的状态。预应力的采用, 使得结构杆件更加轻巧, 因此更加美观。但由于施工难度大、要求高, 应用并不广泛。

2.2 采光顶按照玻璃面板的支承方式

(1) 框架支承方式

如:明框、隐框或半隐框支承玻璃采光顶。明框采光顶是在倾斜或水平的铝合金组成的框格上镶嵌玻璃, 并用铝合金压条固定夹持玻璃;隐框采光顶的玻璃完全在铝框架之上, 采用结构胶将玻璃粘贴在铝合金框上, 每块玻璃之间用硅酮胶灌缝。由于采光顶顶面没有铝合金压条, 表面光滑, 不易积水;半隐框采光顶则是采用T型铝合金框格, 但框格高度不超过玻璃表面, 它既保持了明框采光顶易于安装的优点, 又有隐框采光顶美观、不积水的特性, 因而大受欢迎。

(2) 点支式支承方式

如:钢爪打孔式、夹板固定式、点支承玻璃采光顶。点支式玻璃采光顶的名称是按玻璃面板的支承方式来命名的, 也就是说面板的全部荷载是通过各个支点传递给支承结构的。

2.3 采光顶按造型分类

(1) 单体玻璃采光顶:单一的、各种形状的玻璃顶。如:单坡、双坡、三棱锥、四菱锥、园锥、半园、球形等。

(2) 群体玻璃采光顶:是在一个屋顶上, 由若干个各种形状单体采光顶组成的群体, 其形式可随着建筑师的奇思妙想而任意组成, 充分反映了建筑师的风格和个性。

(3) 连体玻璃采光顶:由几种玻璃采光顶以共用杆件连成一个整体的玻璃顶, 可以设计出多种形状、造型各异的玻璃采光顶, 极大地丰富了建筑的空间效果。

3 采光顶设计要点

玻璃采光顶的建设应由建筑师和生产厂家共同完成。建筑师的任务是根据建筑功能和建筑艺术的要求, 对采光顶进行选型, 确定主要形状、板块划分、面板材料和性能、支承方式、支承结构的类型和布置, 然后由幕墙厂商对这些总体要求进行细化, 作出深化设计和施工图设计, 并付诸实施。

设计院的工作内容如下:

(1) 确定采光顶的性能:抗风压、气密性、水密性要求, 按国家节能标准确定保温、隔热、遮阳等指标。

(2) 设计排气窗、排烟窗。

(3) 排水设计:确定排水方向、排水坡度。

(4) 防雷设计:确定防雷系统设计方案。

(5) 防火设计:对支撑系统钢结构设置防火涂料并按照规范要求计算厚度。

(6) 安全措施:玻璃面板的构造要考虑防碎裂、防跌落等, 如钢化玻璃、夹胶玻璃等。

(7) 遮阳设计:选择遮阳方式, 如遮阳帘、遮阳板、彩釉玻璃遮阳还是不锈钢管遮阳;进行遮阳控制系统的设计, 根据建筑物的等级或甲方要求, 确定选择手动、电动和智能化控制系统。

(8) 抗震性能:地震对玻璃采光顶的破坏主要体现在两个方面, 一种是地震时主支承体系统的破坏而导致玻璃采光顶的损坏;另一种是地震时主支撑系统良好, 玻璃采光顶自身遭到破坏。这就要求建筑师与结构工程师密切配合, 精确计算, 既要满足主体结构的抗震要求, 又要考虑玻璃采光顶和支承结构的可靠连接和玻璃采光顶抗挤压变形能力。

(9) 其他性能:如隔声性能, 可考虑中空玻璃;抗冲击 (冰雹) 性能, 可考虑夹胶钢化玻璃。

4 营口客运南站采光顶设计

营口客运南站采光顶为矩形, 长42m, 宽24m, 顶高12m。综合考虑美观、造价、制作安装难度, 拟采用拱支撑结构, 玻璃板面由半隐框铝合金框架支承, 双坡单体玻璃采光顶。为提高节能效果, 采用low-e钢化夹胶中空玻璃, 8mm Low-E+12A+8mm+1.52PVB+8mm。夏季阻挡紫外线, 降低能耗, 冬季阻止热量散失, 达到节能目的。夹胶钢化玻璃的采用可有效提高采光顶的安全性能, 防止突发事件玻璃对人的伤害。

5 设计、施工注意事项

玻璃采光顶虽然面积不大, 但设计、施工复杂, 要求苛刻。玻璃采光顶漏水现象非常普遍, 防水堵漏成为业内最头痛的攻关课题。

防水防的是雨水、雪水和冷凝水。雨水、雪水出现在采光顶外侧, 由于排水通路不畅, 导致雨雪水集结而渗漏;冷凝水是由于湿空气在采光顶室内外两侧的温差达到一定时而形成的凝水现象。冷凝水带来的直接后果:一是冷凝水一般出现在室内一侧, 当冷凝水达到一定量时, 形成水滴落下;二是采光顶节点构造内的结露冷凝水, 特别是采光顶支撑结构的金属材料空腔或内壁形成的冷凝水, 如不及时排出, 将会长期腐蚀周边材料, 使材料功能性失效, 导致漏水或渗水, 甚至出现结构风险。

采光顶屋面的设计、材料、施工安装等任何一个环节的疏忽或轻视, 都将导致堵不严、疏不畅的排水组织失效, 通过采光顶系统结构漏下的水可侵蚀结构周边接缝, 腐蚀屋顶材料, 损坏屋顶结构, 污染和破坏内部环境。泄漏的水会顺着结构件流至建筑物内不同的地方, 由于漏水长期侵蚀, 采光顶系统的各构件的安全隐患将对室内的人居环境的安全造成严重威胁。

防水设计的关键在于“堵”与“疏”相结合。首先要设计有效的排水组织路线图, 保证排水的流畅性, 对节点部位如天沟、落水口、檐口等汇水结构进行设计, 使节点内漏水或冷凝水可以快速排出, 这就是“疏”;抓住关键“漏点”进行防水密封多道设防, 这就是“堵”。设计时还应充分考虑节点满足变形的要求, 消除漏水隐患。

选材上应尽量采用高强度、高弹性、高延伸性材料。保证节点设防的耐久性不低于整体防水的耐久性。

施工时, 要严格执行国家规范和操作规程, 一丝不苟兢兢业业, 尤其是节点部位更要精细施工, 不留漏洞。

6 结束语

随着玻璃深加工技术的不断发展, 玻璃逐渐成为全生命周期、对环境影响和破坏最小的环保材料;而建筑技术的发展又为建造师的奇思妙想提供了实现的手段和途径。造型各异、千姿百态的玻璃采光顶将带给我们色彩斑斓的视觉盛宴, 让我们充分享受这份舒适与惬意吧。

参考文献

[1]赵西安.建筑幕墙工程手册 (第一版) [M].中国建筑工业出版社, 2002.12.

[2]班广生.玻璃采光顶的漏水及防水[J].建筑技术, 2006 (7) .

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.

节能建筑的采光设计论文篇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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[2]Aizlewood, M.E.“Innovative daylighting systems:An experimental evaluation.”Lighting Research and Technology, Vol25 (4) , pp.141—152, 1993.

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

[4]杜晓辉.东西向建筑室内光环境分析与研究[J].照明工程学报, 2009.6 (20) :41-45.

[5]陈学文.建筑室内光环境与空间性格研究[J].照明工程学报, 2006.3 (17) :29-33.

[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.

节能建筑的采光设计论文篇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：