吊顶材料反射率在两种变量下对建筑采光影响★

张 宇 徐 峰 王金奎

(1.河北建筑工程学院建筑与艺术学院，河北 张家口 075000； 2.河北建筑工程学院能源工程系，河北 张家口 075000)

0 引言

余杭有句老古话“亮水黑泥白石头”，即在夜间微弱的星光下，水会发亮，泥会发黑，而石头则会发白，总结出这句经验以供走夜路人使用。这句话也侧面体现出同一物体在不同光环境下会出现不同反光效果。国家在倡导绿色节能理念，自然采光因其对人体健康以及节能有利[1,2]，在建筑设计中越来越受到人们的重视。就建筑自身而言，其构造形式就有诸多可以影响室内自然采光的因素，如：平面形式、尺寸、窗地比、室外遮挡等[3]。同时有学者发现，室内装修也是影响因素之一，如房间内放白色家具由于较好的反射作用，会使室内采光系数最低值上升[4]。为了增大室内采光量，有不少学者研究在窗户处增设采光板[5,6]，再经过室内顶部天花板的二次反射进入到室内深处。可见在室内构造中，室内顶部对室内的自然采光效果影响是至关重要的。吊顶是指建筑室内环境顶部装修的一种装饰，其中格栅和平吊顶常用于公共建筑中；同时，设计师还常会用到悬挑、构架、内凹等“灰空间”处理手法来寻求外观虚实对比之美。本文将结合实例，通过DIVA for Rhino软件模拟，定量分析研究吊顶材料反射率在这两种吊顶形式变化下以及有无外廊条件下对建筑采光影响，研究结果为建筑采光设计和相关研究提供依据。

1 采光模型

本文以寒冷地区张家口某办公楼南向办公室为模拟对象，建立其室内采光模型，如图1所示。模拟模型信息如下：室内净高3.3 m，开间5.1 m，进深7.7 m，加外廊进深10.4 m，外廊护栏墙高1.3 m，窗台高 0.9 m，窗户高2.2 m，窗宽1.3 m，共3扇；窗户玻璃透射比设为0.8；楼板下0.4 m处有格栅吊顶和平吊顶2种情况，格栅的格子尺寸为200×200 mm，高度为60 mm，厚度为15 mm；本文研究距离楼板地面0.75 m处的室内照度值。在Rhino中建立有无外廊与吊顶、不同吊顶形式的几种模型。室内各表面反射比依据《建筑采光设计标准》，设定为：天花0.8，墙面0.7，地面0.4，金属门0.9，外墙饰面0.3，外廊地面0.2；格栅吊顶和平吊顶材料的反射率依次取值0.1～0.9。

2 技术路线及模拟方案

本研究采用Rhinoceros建立建筑模型并用DIVA for Rhino进行采光模拟，导入张家口地区气候数据，在CIE Clear Sky的天空模型条件下得出模拟结果，分析其不同条件下的室内照度值，如图2所示。之所以选择晴天是因为张家口地区一年中大部分为晴天，属于太阳能辐射Ⅱ类区域，为太阳能较丰富的地区。

表1 控制变量法下的实验分组

影响研究方案采用控制变量法，研究无外廊有平吊顶、无外廊有格栅吊顶、有外廊有平吊顶、有外廊有格栅吊顶、这四种情况下研究吊顶材料反射率变化对该建筑室内采光的影响，如表1,图3所示。

3 模拟计算结果

3.1 模拟结果

如图4～图6列出当材料反射比为0.8时有外廊有格栅吊顶(Y,G-0.8)的情况下的渲染效果图，如图4所示；该情况下的室内各点位照度值，如图5所示；不同条件下室内不同进深处的平均照度值，如图6所示；其他的模拟结果类似。

3.2 吊顶材料反射率在四种不同环境下的影响

如图7～图10反映了无外廊有平吊顶、无外廊有格栅吊顶、有外廊有平吊顶、有外廊有格栅吊顶这四种情况下，吊顶材料的反射率从0.1～0.9取值时，与各自有或无外廊条件下的无吊顶情况做比较，得出对室内照度的变化影响。如式子[(Y,G-0.1)-(Y,N)]/(Y,N)表达：有阳台有格栅吊顶且材料反射率0.1时的该点室内照度值减去有外廊无吊顶的该点室内照度值，所得的差值除以有外廊无吊顶的该点室内照度值，所得的商即为因材料反射率影响而产生的室内该点照度的变化率。

从影响率在不同进深的变化趋势来分析，整体不同材料的反射率对该点照度的变化率的影响趋势是一致的，即基本进深越大，照度下降越大。在这四种情况下，材料的反射率的差异对照度的影响：第一种情况(无外廊有格栅吊顶)如图7所示，九条线基本重合，说明材料的反射率对照度的影响差异不大；第二种情况(无外廊有平吊顶)如图8所示，九条线也基本重合但较第一种情况每条点略有偏差；第三种情况(有外廊有格栅吊顶)如图9所示，九条线趋势基本一致，线条之间较松散，说明不同材料反射率对照度的影响有较大的不同；第四种情况(有外廊有平吊顶)如图10所示，九条线趋势基本一致，线条之间也基本重合但较第二种情况更为松散，但又比第三种情况明显紧密。

由一、二种情况对比可知，无外廊情况下，材料反射率对室内照度的影响在平吊顶情况下会更大一些；由三、四种情况对比可知，有外廊情况下，材料反射率对室内照度的影响在格栅吊顶情况下会更大一些；由一、三种情况对比可知，格栅吊顶情况下，材料反射率对室内照度的影响在有外廊情况下会更大一些；由二、四种情况对比可知，平吊顶情况下，材料反射率对室内照度的影响在有外廊情况下会更大一些。

为了进一步了解在这四种情况下反射率从0.1～0.9变化时对室内照度产生的影响，表2反映了室内总体平均照度的变化率(node1～18的照度变化率的平均数)及变化率随着材料反射系数增大的变化趋势。从表2中可知，(N,G),(N,F),(Y,F),(Y,G)都有随着材料反射系数增大而室内照度变大的倾向，只是变化程度有所不同。(N,G)照度增大0%～1%，(N,F)照度增大0%～2%(Y,F)照度增大0%～2%，这三种情况材料的反射率影响较小，(Y,G)照度增大在0%～10%之间，材料的反射率影响较大。

表2 不同条件下，改变吊顶材料反射率，室内照度值平均下降百分比

4 结论

1)整体来说，材料反射率的变化对不同进深处照度的变化率的影响趋势是一致的，即进深越大，照度下降越大。

2)总体呈现吊顶材料反射系数增大室内照度变大的倾向，但是吊顶材料反射率在不同情况下对室内照度的影响力是不同的，总体变化率影响差异较小，不超过2%，只当有外廊格栅吊顶条件下材料的反射率影响差异较大，不超过10%。

3)不同条件下，吊顶材料反射率对室内照度的影响力是不同的：材料反射率在有外廊情况下，即光环境较弱情况下，比无外廊对室内照度影响更大；材料反射率在哪种吊顶形式下影响更大需要视周边光环境而定，光环境强的情况下采用平吊顶会比格栅吊顶使得材料反射率对室内照度的影响大，光环境弱的情况下采用格栅吊顶会比平吊顶使得材料反射率对室内照度的影响大。