动态采光条件下侧窗参数对建筑室内采光时长的影响探究

胡佳佳 （安徽建筑大学建筑与规划学院，安徽 合肥 230022）

1 引言

静态采光评价指标主要在CIE全阴天理想情况下对室内的采光情况进行评价，难以很好地反映天然采光的真实状况,对采光设计的指导作用同样存在一定的局限性。根据天然采光基本理论，天然光是随着太阳、天空状况、地理位置、建筑空间等特性和室外环境状况等因素的变化而动态变化的。对比传统静态采光评价指标,动态采光评价指标考虑了建筑朝向、地理位置、天空类型多样化以及采光辅助系统的应用,对反映室内天然采光状况能更为真实。在《绿色建筑评价标准》（GBT 50378-2019）中将动态采光作为室内采光的重要指标，如：①住宅建筑室内主要功能空间至少60%面积比例区域，其采光照度值不低于300Lx的小时数平均不少于8 h/d；②公共建筑室内主要功能空间至少60%面积比例区域的采光照度值不低于采光要求的小时数平均不少于4 h/d。

侧窗参数是影响天然采光质量的重要因素，参数包括开窗朝向、窗宽、窗高、窗台高度、透光率、位置等。本文使用斯维尔DALI采光软件模拟分析各参数变化对室内采光的变化影响，以合肥为分析地点，建筑空间类型以办公空间为研究对象。

2 研究模型的建立及参数设置

本文选取单间式办公空间作为采光模拟的对象，将尺寸为3 m（开间）×7.0 m（进深）×2.7 m（净高）的办公空间作为标准办公室模型，窗的宽度记作w，窗高度记作h，窗台高度记作d，暂不考虑窗棂对窗户采光的影响，窗的尺寸参数具体按照研究类别说明确定，模型如图1所示。计算房间室内各表面的反射率，见表1，在研究窗玻璃透射率对采光表现的影响时则用τ值进行说明。

图1 研究模型

3 窗户尺寸变化对室内采光时长的影响分析

以《绿色建筑评价标准》（GBT 50378-2019）中公共建筑室内主要功能空间至少60%面积比例区域的采光照度值不低于采光要求的小时数平均不少于4 h/d为依据，在保持其他参数不变的前提下，通过改变窗户参数，研究全年动态采光平均时数的变化情况与是否满足标准要求。

3.1 窗户高度对室内采光效果的影响

窗户宽度为1.5 m，窗台高度为0.9 m，窗户高度分别设置为0.6 m、0.9 m、1.2 m、1.5 m，分别分析4个朝向在对应窗户高度时室内全年动态采光的平均时长，具体模拟结果如表2所示。

根据表2中数据总结室内全年动态采光平均时数随着窗户高度增加的变化趋势，具体变化见表3。

保持窗台高度与窗户宽度不变，随着窗户高度的增加，采光口面积增加，室内采光量增加，室内采光效果更好。从表3可看出，4个朝向均表现出随着窗户高度增加，全年动态采光平均时数逐步增加。在研究模型中，室内全年动态采光平均时数达到4 h/d时，窗户高度至少设为1.2 m时才能达到《绿色建筑评价标准》（GBT 50378-2019）中的采光要求。

参考房间材料光学参数 表1

窗户高度变化对室内采光效果影响分析 表2

3.2 窗户宽度对室内采光效果的影响

窗户高度为1.5 m，窗台高度为0.9 m，窗户高度分别设置为0.6 m、0.9 m、1.2 m、1.5 m、1.8 m、2.1 m、2.4 m、2.7 m，分别分析4个朝向在对应窗户宽度时室内全年动态采光的平均时长，具体模拟结果如表4所示

根据表4中数据总结室内全年动态采光平均时数随着窗户宽度增加的变化趋势，具体变化见表5。

窗户高度变化对室内采光时长的影响 表3

窗户宽度变化对室内采光效果影响分析 表4

窗户宽度变化对室内采光时长的影响 表5

保持窗台高度与窗户高度不变，随着窗户宽度的增加，采光口面积增加，室内采光量增加，室内采光效果更好。从表5可看出，四个朝向均表现出随着窗户高度增加，全年动态采光平均时数逐步增加。在研究模型中，室内全年动态采光平均时数达到4 h/d时，窗户宽度至少设为1.2 m时才能达到《绿色建筑评价标准》（GBT 50378-2019）中的采光要求。

3.3 窗台高度对室内采光效果的影响

窗户高度为1.5 m，窗户宽度为1.2 m，窗户高度分别设置为0 m、0.3 m、0.6 m、0.9 m、1.2 m、1.5 m，分别分析4个朝向在对应窗台高度时室内全年动态采光的平均时长，具体模拟结果如表4所示。

根据表6中数据总结室内全年动态采光平均时数随着窗户宽度增加的变化趋势，具体变化见表7。

保持窗户高度与窗户宽度不变，采光口面积不变，但是随着窗户高度的增加，窗户类型存在低侧窗与高侧窗的区别，对室内采光影响会产生不同的作用。从表7可看出，四个朝向均表现出随着窗台高度增加，在一定的范围内室内全年动态采光平均时数逐步增加，达到一个峰值，随后随着窗台高度增加室内全年动态采光平均时数呈现逐步降低的趋势。在研究模型中，东朝向满足室内全年动态采光平均时数达到4 h/d时，窗台高度需要设为0.9 m或1.2 m；南朝向满足室内全年动态采光平均时数达到4 h/d时，窗台高度需要设为0.6 m～1.5 m范围内；西朝向满足室内全年动态采光平均时数达到4 h/d时，窗台高度需要设为0.6 m～1.2 m范围内；北朝向满足室内全年动态采光平均时数达到4 h/d时，窗台高度需要设为0.9 m或1.2 m。

4 窗地面积比变化分析

窗地面积比是影响办公空间室内自然光环境的重要因素，侧窗面积变化导致进入建筑室内的光通量不同，室内工作面采光质量均会变化，不同平面形式的办公空间采用相同面积的侧窗时，室内的采光效果也有差异，在改变窗户尺寸参数时，会直接影响窗地面积比。本节在上文中建立的办公空间模型的基础上，单独设置3组建筑面积为21.6㎡的办公空间模型，平面开间与进深尺寸分布为4.5 m×4.8 m、5.4 m×4.0 m、3.6 m×6.0 m，窗台高度设置为0.9 m，保持办公室模型室内净高、窗台高度、玻璃材料透射率等不变的前提下，分别模拟窗地面积比为22%、25%、29%、32%时3组办公空间室内动态采光平均时数，通过对比分析总结满足办公空间室内自然采光的最小窗地面积比。窗地面积比变化时侧窗尺寸示意图如图2所示。模拟得到3种平面形式的办公空间不同窗地面积比室内采光系数分布图如表8所示，动态采光平均时数计算表如9所示。

窗台高度变化对室内采光效果影响分析 表6

由表8可知，3种平面形式的办公空间窗地面积比越大，室内红色、黄色和绿色的面积越大，蓝色区域面积越小，室内采光效果越好，达到采光系数标准值3.3%的比例越大；开间进深为5.4 m×4 m的办公空间窗地面积比为22%时，工作面近窗墙角部分为亮蓝色，说明此区域采光系数值较低，在1.76%左右，不能满足采光要求；开间进深为4.5 m×4.8 m的办公空间增大窗地面积比后，远窗部分蓝色区域面积减少的较为明显，在远窗墙角部分存在较小区域为蓝色，采光系数值在1.0%左右；开间进深为3.6 m×6.0 m的办公空间增大窗地面积比后，远窗部分蓝色区域面积依然较大，采光系数值低于3.3%。

图2 三组办公空间立面侧窗尺寸示意图(mm)

窗台高度变化对室内采光时长的影响 表7

不同窗地面积比室内采光系数分布图 表8

各平面开间办公空间室内采光平均时数统计表 表9

从表9可以看出，3种平面在窗地面积比增加的条件下，室内全年动态采光平均时数均表现出增加的特点，且均能满足室内全年动态采光平均时数达到4 h/d时的要求。

5 玻璃透光率变化分析

玻璃是建筑侧窗重要的构成部分，不同的玻璃材料透光率不同，采用不同透光率的玻璃材料时办公空间室内的自然采光效果有所不同。窗台高度为0.9 m，侧窗尺寸为1.5 m（宽度）×1.5 m（高度），窗地面积比为0.12，窗墙面积比为0.39。在保持侧窗面积、尺寸、位置、室内各表面的反射比不变的前提下，模拟室内动态采光平均时数的变化，玻璃类型见表10，具体分析结果如表11所示。

玻璃透光率越大，进入室内的光线越多，室内采光效果越好。通过表11中的数据可以发现，在研究模型中，随着玻璃透光率的增加，室内动态采光平均时数有所增加。

6 结论

根据上文对办公空间室内动态采光平均时数的模拟分析，可发现通过增加窗户的宽度、高度以及玻璃透光率能有效增加室内动态采光平均时数；对于改变窗台高度，需要设置合理的高度，否则会降低室内动态采光平均时数；对于窗地面积比的设置，设置为22%即能达到标准要求。

玻璃性能参数统计表来源:《民用建筑热工设计规范》 表10

玻璃透光率变化对室内采光效果的影响 表11

对于采光较差的既有建筑，在改善室内光环境时，可根据具体条件对外窗参数进行调整，营造一个更为绿色的建筑光环境。对于新建建筑的设计，本文有着一定的借鉴意义，在建筑光环境的设计时须充分考虑窗户参数对室内光环境的影响与绿色建筑的设计要求，做好绿色建筑设计。