王吉祥 于新建
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摘要：随着现代化建设步伐的加快，人们在各种领域的建设理念也多以低碳节能为主，在建筑行业中有很多大体量的建筑在自然采光方面存在着很大的不足，比如大型办公楼、商场等，这些场所在照明方面所消耗的能源是非常巨大的，因此，在现代的设计中，为了能够改善这种大体量建筑的自然采光问题，天井已经成为设计师们设计的主要环节。对此，文章针对天井对建筑自然采光影响的研究方法与结果展开了分析。
关键词：天井；建筑自然采光；影响；研究
引言：在现代的建筑设计当中，天井的应用是十分广泛的，一般在规模较大的办公楼或商业建筑当中比较常见，在这些建筑当中设计师们经常以缓冲空间的形式来设计，通过这种设计能够对于环境中存在的不利条件进行规避，同时还能够作为相邻空间之间的交流及休息的场地，并且这种设计能够有效的收集与分配自然光，对于这种大型建筑存在的采光问题能够有效的进行解决，从而使其在照明方面节省了大量的能源损耗。经过对天井设计的研究，发现天井用于室内采光时，主要受到两个因素的影响，分别为天井的几何尺寸以及施工材料表面对光线的反射比，通过专门用于建筑采光与照明分析的软件，针对影响建筑自然采光的两个主要因素进行分析，能够获得这两种因素的变化规律，这可以作为天井设计方案的合理选择及自然光线缺陷进行规避等方面的参考。
一、针对天井对建筑自然采光影响的研究方法
1.1建筑自然采光效果的评价指标
本文通过相对比较成熟的在世界上通用的自然光线模拟技术软件，针对天井对建筑自然采光的影响展开了研究。在一般的建筑评价标准中对建筑采光效果进行评价时，选择的评价系数平均值都是采用全阴天模型室内采光的系数值，比如《建筑采光设计标准》GB50033-2013、《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2014 等标准。因此，本文也通过采光系数平均值来作为建筑自然光的效果评价指标。
1.2建立建筑模型与条件的设定
引言部分提到过天井对建筑自然采光影响的主要因素有几何尺寸、材料表面反射比两个方面。其中天井的体量可以用采光井指数来展开描述，光井指数用WI来表示，即 Well index，WI的计算公式为：WI=，这个算式中h代表采光井的高度，w代表的是采光井的宽度，l代表的是采光井的长度。本文通过五种不同类型的天井采光分析模型进行研究，图1为天井采光分析模型图，本文采用的五种模型分布便如图1所示。
图1
图1中每一个网格代表的尺寸为9米×9米。本文采用的天井采光分析模型，是通过对天井模型的形状进行调整的方式，来获取各种模型的采光井指数的。采光井分析模型的基本条件设定：①每个采光井模型每一层的高度都为4.5米，都为12层；②每个模型开设窗洞的位置都只在天井的墙面上，同时保持每个模型窗与墙的面积比为0.4；③每个模型的每一层窗台的高度为0.9米，窗洞的高度为2.0米；④室内的墙面、顶棚、地面的材料保证每个模型都要统一，并且保证材料表面反射比分别为墙面0.5、顶棚0.7、地面0.3；⑤由于玻璃对于可见光的投射比对室内采光的系数平均值有着直接的联系，为了保证数值的准确性，本文设定的模型条件中仅有窗洞，保证每个模型外窗可见光透射比值为1.0；⑥每个模型进行采样的工作面高度为0.75米，各个采样点之间的距离为0.5米，采样点与墙面之间的距离都为0.5米。
本文采用模拟的各个光井指数的天井尺寸为：①1号天井采光分析模型的长为27米、宽为27米、高为54米、WI=2；②2号天井采光分析模型的长为36米、宽为18米、高为54米、WI=2.25；③3号天井采光分析模型的长为27米、宽为18米、高为54米、WI=2.5；④4号天井采光分析模型的长为18米、宽为18米、高为54米、WI=3；⑤5号天井采光分析模型的长为9米、宽为9米、高为54米、WI=6。
二、天井对建筑自然采光影响的模拟结果分析
2.1天井材料表面反射比对采光的影响分析
在这里主要通过墙面的反射比值为主要分析依据，以1号、3号与5号采光分析模型为例，天井墙面四面墙面的反射比分别为0.5、0.6、0.7、0.8，对这种条件下模型每一层室内采光系数平均值展开分析，如图2、图3和图4所示，图2为1号采光井分析模型各个墙面反射比条件下的采光系数平均值，图3为3号采光井分析模型各个墙面反射比条件下的采光系数平均值，图4为5号采光井分析模型各个墙面反射比条件下的采光系数平均值。
通过同等天井墙面反射比条件下模型每一层的采光系数的分析，得出了两点结论：①天井墙面表面反射比对天井每一层的采光系数平均值有着直接的联系，反射比增加系数平均值也随之增加，但是随着楼层的变化其变化的程度也存在着很大的差异。由图片的变化规律上我们发现，每个模型都是首层的采光系数平均值的变化程度都比较小，在楼层逐渐增加的过程中，平均值的变化程度也逐渐加大，但是在接近顶层时，变化程度又逐渐减小，数值变化呈现首位变化差异小，中间变化差异大的形态。②天井墙面反射比对每一层的采光都产生着影响，每一层的采光系数平均值都与楼层的变化幅度有关，反射比在增加时变化幅度会随之减小。
2.2采光井指数对建筑自然采光的影响分析
设定条件采光井墙面反射比为0.5，对1---5号模型在每一层室内采光系数平均值展开分析。如图5、6、7所示，图5为WI值不相同的条件下采光系数平均值，图6为WI=2.25的条件下长短边采光系数平均值，图7为WI=2.5的条件下长短边采光系数平均值，经过分析得出两个结论：①在相同高度的情况下，采光井指数与采光井面积有关，采光井面积影响着采光效果，采光井指数越高面积越小，造成每一层的采光系数平均值也越小，平均值越小采光效果越差。同时，采光井指数对于各层的采光系数都有着很大的影响，楼层越高系数提升幅度越大。②采光井指数与首尾层楼的采光系数平均值有关，指数越大平均值存在的差异越大。
2.3采光井的形状对建筑自然采光的影响分析
天井的形状有正方形与长方形两种，正方形的天井在可见天空角度上是一致的，因此天井对个边的自然采光产生的影响也相同。长方形的天井在可见天空角度上是存在差异的，因此天井对长短便的影响也是存在差异的，必须对其展开分析。在这里设定天井墙面反射比为 0.5 为研究条件，分别对 WI=2.25、WI=2.5这两种类型的长方形天井模型进行分析，通过对各层长短边室内采光系数平均值分析得出以下结论：楼层与长短边采光系数平均值的增幅有关。采光系数平均值从首层开始长短边的平均值会随着楼层的增加而增加，在楼层较低时短边平均值要比长边的增幅大，在增长到中间层以上时，长边采光系数平均值会大于短边的增幅，并且随着楼层的增高而增大。
结束语：
综上所述，由于现代化建设的理念为低碳节能，因此在进行大体量的建筑的设计时，应该结合低碳节能理念充分考虑到这种建筑的室内自然采光问题，为了能够改善室内自然采光的效果，很多建筑设计师都在这种建筑当中应用了天井或中庭，使大型建筑的室内采光得到了很好的解决，促进了我国建筑事业的可持续化发展。
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论文作者:王吉祥,于新建
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/26
标签：采光论文; 天井论文; 平均值论文; 系数论文; 模型论文; 建筑论文; 墙面论文; 《防护工程》2018年第13期论文;