地下建筑顶部天窗天然采光技术设计（可编辑）

东南大学硕士学位论文地下建筑顶部天窗天然采光技术设计姓名吴薇申请学位级别硕士专业建筑技术科学指导教师陆可人20080424摘要摘要利用地下空间是现代城市发展的必然趋势。人性化地下空间设计正在受到人们关注克服地下环境缺陷,解决基本的视见问题成为当前学术研究的热点。日我国还缺乏对地下建筑采光问题足够的系统研究,也就造成没有相关的地下建筑采光标准指导设计。随着我圉地开发的蓬勃发展这方面研究的缺乏势必会影响地下光环境质量。基于国内现有地下建筑大多是单建式空问中的、天窗采光彤式,因此,本文主要针对地下建筑的平天窗采光以下简称天窗进行研究。目前,国内关于天然采光的研究,大多是从采光材料、新犁采光技术和建筑美学角度出发,而忽略了地下天窗自身的采光性能,此外,采光设计中标准的指导误医,使大多光环境存在采光不均匀和潜在的眩光现象,凶此,本文从地下天窗的采光特性角度,包括窗地比、洞口外形、采光井参数、采光罩样式和采光材料对地采光质量平均采光系数、采光均匀度进行技术研究。本文采用软件建立地下模型,在找到南京地区地下建筑采光计算结果修正值后,对模型进行计算与分析。理论推导发现,在外界光照条件不变时,决定室内照度大小的丰要因素是天窗洞口面积,而在用窗地比法控制设计时,“影响特性”是对临界值的修正,会影响窗地比设计值的大小。于是论文重点研究地下净高空间的窗地比临界值,找到临界值和设计值之间的关系,为用窗地比法控制地下采光设计提供计算方法。同时,论文对天窗采光特性进行了平均采光系数或采光均匀度的计算,找到地下天窗设计的适宜模式,参照此模式设计,可以得到较佳的地下室内光环境质量。最后论文结合西堤国际地下车库天窗改造实例,提出地卜地下同步开发的天窗设计思路。推荐的节能型改造方案不但可使地下车库照度达标,而且可以实现在白天内,全部天然采光,一定程度上节省照明用量。尽管能够改变地下光环境质量的方法有很多,但笔者希望从投资成本小、设计条件简单的直接型采光方式天窗采光上寻求解决办法,即对天窗本身的采光特性进行研究。论文以安测调研、查阅资料等形式针对地下建筑顶部采光进行深入研究,通过计算采光特性与采光质量的关系,提出地下天窗窗地比设计值的计算方法,并推荐了天窗设计模式,为地下采光设计提供技术参考,也为日后编制地下建筑采光规范提供依据。正文共。余字,图表幅。关键词地下天窗、天窗采光特性、平均采光系数、采光均匀度,曲,东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名期趟生丛受拉东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布包括刊登论文的全部或部分内容。论文的公布包括刊登授权东南大学研究生院办理。研究生签名导师签名墅毡第一章绪论第一章绪论论文研究背景城市是人类文明的标志,是人类技术进步、经济发展和社会文明的结晶。在现代化进程中,城市面临着环境污染、生态失衡、交通拥挤等诸多问题的挑战,人口的火幅度增长和用地规模的扩张造成生态空间和牛存空在用地上的矛盾,探索新的牛存空问成为世纪人类面临的巨大挑战,向地下要空问成为现代城市发展的必然趋势。然而,地下卒间黑暗、潮湿人们在光线小足或者长时问人工照明的地环境中工作和活动会感到不舒适。为了切实可行地利用地下空间,在地下单层或多层建筑的顶部设计天窗,将日光引入地下,能够消除人们对地下恐惧小安的心理障碍,利于身心健康,斟此可以说,天窗采光对创造人性化的地下环境具有重要意义。可在实际工程中,设计人员往往对地下建筑的采光问题不太重视,更多的是将天窗坪解为一个简单的地面造型元素,在景观考虑成熟以后,才勉强而为之地插入洞口。而且国内地下建筑对室内物理环境分析不多,至于天窗采光质量能否满足视见要求,使用者对光环境感受怎样,这些都很少考虑图、图一。图一准安城币广场的天面设计图宅间绿地中的天窗设计将天窗作为地面造型元素考虑天窗造型结合地面环境天窗设计中人们刊惯用窗地比法控制采光效果笔者在资料查阅中发现,目前我们还没有适用于地下建筑的窗地比标准。地,垂直窗的采光效率是地下水甲窗的/,不同采光方式带来的采光效率差异,卜地天窗不能采用地上窗地比数值。因此,在当前地下建筑天然采光设计中,存在着缺少窗地比指导的问题。在对现有地下建筑天窗的光环境测量中,笔者发现火多样本都不满足标准的光照要求,天窗设计的不足导致室内光环境质量不高,并在一定程度上影响了建筑功能的正常使用。如将丰要工作区的天窗设存地面阴影区,采光条件受限视见要求高的区域,洞口面积不够大,进光量不足工作精细程度高的区域,天窗布置不合理,光线不均匀易产牛眩光等等。面对天窗采光效率的低下,室内视见条件的不佳,人们不得不采崩人工照明辅助,付山了高昂的耗电代价,如南京某个利用天窗采光的地下车库,每月用于采光照明的花销高达万元。然而,口前国内对地下天窗采光问题的已有研究极其薄弱,地下采光研究大多是从新型采光技术角度考虑,忽略了造价低、施简单,心用广泛的天窗采光,而对天窗的研究又大多是从天窗应用和建筑美学角度出发,缺乏对天窗自身采光特性的应用基础性研究。不难看出,对灭窗采光技术的探讨,不仅是地建筑对自然光使用的需要,也是地下光环境质最亟待改善的迫切要求,困此,论文研究有着重要的现实意义和一定的学术价值,并有助干产生一定的社会效益。研究地下窗地比设计值,对天窗采光特件做量化分析,总结地下天窗的设计东南大学颁上学位论文思路,这些内容不仉顺应城市地空间的发展趋势,满足地利用自然光和建筑节能的发展需要,同时还可以为指导工稃实践提供参考,为编制地下建筑采光标准捉供技术支持,也可以给设计人员优化方案带来切实可行的帮助。地下建筑天然采光的意义随着照明技术的发展,尽钎现代工业可以在地下空间中提供大量可调节的人工光源,但就光线的原真性与人眼接受的舒适程度来说,地下建筑天然采光的效果往往是人丁照明无法替代的。依图所示,因为自然光比人工光波长分布均匀,所以自然光照下的物体,颜色不易失真。同时,自然光强度会随时问推移变化,相比人工光线,人眼接受自然光线更为舒服。一卜卜烈一时厂下一一一隔/。】一毒,一卜卜冲午十一衙。图卜两种光谱的波长分布图自然光线白炽灯光线此外,地下空间刚暗、封闭,传统的荧光灯式照明,使室内显得单调无趣。将自然光引入地下,不但可以有效改善室内氛围,减少环境的负而影响,而且会给久居其中的人在生理和心理上起到积极作用。天然采光对地下空间使用者的重要意义自占以来,人们就习惯在自然光下作与生活,地下空间所特有的无光或光线不足的缺点,会让人心情压抑,产生不适感。接受一定量的自然光,对使用者的心理和生理有着双重意义。消除地下恐惧不安的心理障碍黑暗、寒冷、封闭往往是人对地下空问的基本联想。人从明亮的外部环境进入刚暗的地下,会感到不适应,对环境产生恐惧。即使当地下达到与地州等舒适程度时,人还会存在一定的心理障碍。这种不安全感也叫幽闭恐怖症。是由地下空间闭塞,视线与外界隔绝的环境特点所致。天然光线柔和,使人感到温暖、舒适,透过天窗看到外部天空,可以削弱人们对地下的消极感受。天然采光对人的生理机能有着重要作用光给人带来的生理影响分别作剧在非视觉和视觉两方面因为伞波段的自然光对生物的生长和疾病的预防有着积极作用,因此这种非视觉影响对人伴生长发育有着前要意义。例如日光的照射可以促进血红紊的增长,预防佝偻病的发生自然光中的紫外线可以杀死细菌,帮助人体合成维他命,助于骨骼生长。冈此接受一定量的太阳光照是人的生理必须,天然采光是地下窄间设计需要解决的基本问题之一。由于自然光线富于变化,适应人眼机能,可以调节新陈代谢使之与白昼变替同步,所以这种视觉影响有助于人们形成日出而做、日落而息的生活规律,将光线引入地下,会对治疗地下常见病症季节性情绪紊乱和慢性疲劳疗效显著。然光的视觉功效还表现在能够提高人的作和学习效率,国外科学研究发现,出在有着良好天然采光设计的教室中学习,学生成绩可以提高一,而天然采光差的教室则与学爿成绩下降有关。零售店所做的类似研究也表明,改善室内第一章绪论采光条件以后,销售人员的工作效率明址提高,销售额增长了。因此可以蜕,灭然采光对人体定时系统有着重耍作用,它自着人明无法替代的功效。天然采光对地下空间的重要意义在地下卒中最大限度地进行天然采光,不但可以建立地下与地上的联系,使牢问显得开阔透亮,而且使用不叫的光环境设计手法,可以增添空间的明暗与色彩,打造地下特殊氛围。增强和外部联系,形成上下流动的开敞空间德国斯图加特火车站的候车大厅位十地下,设计师往大约长的站台上,每隔设一个拱形玻璃壳,这些呈序列状的天窗如同一组富有韵律感的“光眼”,引人夺口罔、图。目光通过“光眼”进入室内,将地上地下连为一体空问通透而开敞。站在站台候车,可以感受到外部天光的变化,物体亮度的差异和表向颜色的改变,还可以唤起人们对室内细部的关注,在欣赏形色的同时,注意力的分散大大削弱了人们置身地下的不适感。图斯图加特火车站图天窗如同富有韵律的光眼引导光色变化,营造特殊意境光由于明暗、强弱的变化而产生节奏感,卒间也因此具有了紧张与舒缓,扩大与缩小的张力。设计师利用这种光色变化,可以创造出富有感情的地下空间。如在设计教堂、纪念馆这些需要营造特殊气氛的地下建筑时,设计师可以用光米强化空间的张力,给参拜者带来灵魂的洗礼,满足精神的诉求。安藤忠雄设计的水御章就是很好地运用了自然光打造出冥想境界的优秀实例。当人们从荷池入口沿狭窄缝隙向地下走去,从明亮到黑暗,在眼睛适应些后,向上仰望,黑暗的缝隙中游移着天空的些许蓝光,接着,伴随蓝光的渐逝和黑暗的加重,人们步入地下祭祀大厅。这段空间的过渡与对比仿佛在感召参拜者摆脱尘世,进入空灵的内心世界。在黑暗中渐行一段,来到水御堂的正厅,大厅中充溢着一片超自然的绛红色光芒。经历过黑暗的消亡,眼前突然呈现一片明媚的红光,瞬间的变化让人有了死而复苏的感受,这就是水御堂地下采光设计的精妙所在建筑借助自然光的变化,化具象空间为抽象情境,控制光空间的明暗和形状,来引导参拜者的心路历程。人们在游历水御堂之后,心灵会产生超儿脱俗的震撼,恍如隔世一般图、图、图。,侯伟军大型超市均匀采光人宙的【硕十学位论文】哈尔滨哈工大大,王存明,王金全天和家固崖顶并网光优垃电系统设训【】,建筑电气,第一章绪论还可以进一步设想,如果在我国口照章以上的地区,其中一半的地建筑能够采用自然光,那么能耗节省所带来的经济效益将是多么的巨大。但是我们也应该看到,自然光多变、稳定性差,持续时间短,特别是在阴雨天光线强度十分微弱。因此单纯依靠天然采光来解决地视见问题,将照明手段理想为自然光线也是不可取的。我们应该趋利就弊,克服自然光的劣势,将天然采光与人工照明有效结合,发展智能化的光控技术,只有这样,我们才可以创造出健康、舒适、高效的地下光环境空间。地下建筑顶部天窗采光现状概述国外的采光现状在上个世纪年代的能源危机以后,城市地下空例的开发和利用几乎变成世界范围的一场革命。仍不论地下空间作为何种功用,人们对地下总会产生阴暗闭塞的心理障碍,这让设计者不得不考虑,如何将一定数量的自然光和可直接对外的视野带入地下于是,打通楼板,在地面可以开窗的位置设计洞口,地下天窗应运而生。从年英困建成世界第一条地铁开始,国外发达圉家对地下天窗的应用将近年图,特别是在国面积狭小的日本,为了拓展地下空间,打造与地面同样品质的室内环境,设计帅在地下商业建筑中加入了采光窍顶。这种由空间网架加卜采光玻璃组成的天窗,采光效果根好,不但可以为地下采集大量自然光线,让中庭成为人们休憩与活动的愉悦场所,而且围绕中庭的空间也可以摄取光线。这种利用采光穹顶组织空问的手法简咀而实用,在人流相对集中的地下场所广泛使用图。尽管采光穹顶的安全费用较高但是一然光引入后照明节电收获更多重宴的是,感觉温暖和与外界联系的共享空间还大大激起了消费者的购物心理。从这几年日本地下商业建筑空间设计手法中,不难看出这样的趋势一、采用高的天窗削弱地下的封闭感二、采用顶部透光的顶棚打造室内变化的内部环境,将地下和地连为一体,可以看到外部风景,让人在地下感到安全和舒适三、天窗可以开启,发生火灾时洞可以作为烟雾的疏散通道。除了在地下空间组织巾加入带天窗的中庭以外,日本建筑师还从天窗的构造发,通过设计新型屋顶结构、研发屋面材料和节能玻璃等等,为地一室内提供良好的自然光环境。不难看出,着力打造带有天窗的地下中庭是目前国外地下空问设计的主流趋势,建立人眼舒适的室内光环境是今天国外采光研究的重要课题。图一日本神户站前广场抉乘大厅圉欧洲某一地下交通转运站采光穹顶被应用在人流集中的地下建筑中国外对地下天窗的应用将近年国内的采光现状我围的地工程在很长一段时问,流行着“黑匣子”的设计思路与世隔绝的空问依靠人工照明,室内空气小流通、阴暗潮湿是地下建筑的普遍状况。近些年米,地下天窗的概念逐渐进入设计领域,但大多是应用在储存、交通和购物返些对视见要求不高且光照持续时间需求不长的一东南大学硕上学竹论文建筑中图。例如年月正式通车的国内第一条“会呼吸的隧道”南京龙蛹中路隧道工程罔,设计人员考虑车子进出隧道时,驾驶员眼前会一黑或一亮,明暗变化容易引发事故,所以设计人员按照一的窗地比,在长的隧道丁贞部,每隔距离,开设一个天窗,隧道一共开了多个“天窗”,每个窗口血秘约为。这些巨大的采光口,补充了隧道亮度,并且作为过渡照明调节了隧道内外的光线舒适程度。图南京火车站地下出租车隧道图南京龙蟠中路隧道工程国内将天窗用于视见要求不高的建筑中隧道中的天窗应该看到,随着国内天窗利用在地下空间设的普及,我们开始尝试将天窗应用在地下采光要求较高的建筑中,因此,如何提高天窗的采光质量,将天然采光和人工照明有机结合是我们目前地采光研究的旨要问题。地下建筑采光技术综述按照与地面距离的远近,地下建筑分为浅埋和深埋两种。对于前者,只要地面允许开设洞口就可直接为地下采光对于后者,由于埋深大,一般采用竖井和水平通道结合的方式间接采光。因此地下建筑采光可分为直接式和制接式两种。直接采光方式直接采光是最原始最古老的采光方式,是在建筑物上设置洞口,根据涧口大小、天窗位置和采光材料的差别获得不同的采光效果。由于我们地下开发起步较晚,新型采光技术还未完全用于工程实践,所以目前我国地建筑仍然以传统的直接式采光天偷采光为主。虽然传统的灭窗采光不能像新型采光技术那样控制、调节光照效果,但我们应该看到,天窗采光投资成本小、设计条件简单、施工难度低,在相当长的段时间内,仍会作为最广泛的采光应用存在并发展下去。同时我们还发现,日前国内很多地工程还没有考虑过天然采光问题,太多建筑在地面能够开窗的地方没有采光,而那些即使是设计了天窗的地下建筑,也多因为没有科学的方法指导而存在一定程度的采光设计问题。因此本论文丰要针对地采光方式中应用普遍的顶部天窗,对地室内采光质量进行研究,以得出在此采光方式下的天窗设计的适宜模式。间接采光方式对于深埋或地面无法开窗的建筑,可以借助间接采光方式为地下提供光线。目前间接采光方式包括导光管法图、光导纤维法、棱镜反射法、平面镜反射法等等,其主要思路是通过采集、反射、传输、发散的方式将光线送到地需要光照的地方。例如,清华节能示范楼地下室上方“景观水体一人湿地”的旁边,立着两根自动跟踪太阳光的光线采集柱,它们可以将采集到的光线通过竖直和水平的光导纤维,经过不问断地全反射为地传输光线,减少地白天的照第一章绪论明电耗。又如美国明尼苏达大学的大楼光线通过定曰镜和导光管的收集和传输,可以让地下深的地方接收到自然光线图,有效改善地下主要使空问的光照条件,同时投射在屏幕窗口的视昕图像可以将室外景观带入地,可以说,大楼的采光设计是地下成功运用新型采光技术的典范。圈美国明尼苏达大学大楼的日光传图柏林地下空问楼层中的导光管输装置外观导光管向地下空问传输发散光线新型采光技术的应用可以提高室内光环境质量,应该在地下应用中积极提倡。但是应该看到,目前我们的采光技术尚不笈达,新型采光技术成本太高,投入过大,因此在大多光照要求不高的地下空州中,传统的天窗采光更能高效而实用地解决视见问题,可以讲,传统的直接采光方式还会在相当长的一段时间中采用和推广。同时。我们也希望随着地下建筑的增多和地下空间研究的深入,新型采光技术能在未来的地下建筑中逐步采用,能够打造出和地上相同品质的地下光环境空间。地下建筑天窗采光质量要求对地下建筑而言,除办公建筑需要较大开窗,建在地下较为用难以外,任何一种建筑类型都可建在地环境中图。但与地上不同的是,地是一种特殊的建造情况,目前对地下建筑没有相应的采光要求,因此我们只能参照相应类型的地上建筑采光标准,在此采光质量临界值下,对地光环境进行模拟和采光设计研究。建筑采光质茸,也就是我们说的自然光环境质量,它的内涵很广,是指由光照度水平和分布、照明的形式和颜色与颜色色调、色饱和度、室内颜色分布、颜色显现在室内建立的同房间形状有关的生理和心理环境,反映在标准中主要包括室内平均采光系数、工作区域平均照度、采光均匀度和窗地比四个指标图。例如地下停车库的顶部采光设计,光环境质量临界值可以参照地上汽车库建筑设计规范,依图所示,标准要求“停车空间章内平均采光系数不小于”,汽车库属于第五级视见类型,可以按照第四级要求考虑,即采光均匀度小应小于。由于停车库光照要求低,人员逗留时阃短,主要使用空问是行车道,因此采光设计应该首要满足在行车道卜获得人于【美】约翰卡尔萁迪。雷蒙德斯特林著,于润涛编译,童林旭审校地下建筑设计【北京地震出版社,采光系数是指,阴天时,审内二作而某一点的照度和同一时恻同一地点,室外无遮批水平而卜的照度比的平采光系数概均值。室外照艘娈化不定,使室内照度小可能是吲定数值,网此采用采光系数这个相对值概念,干念,可以霜采光设计的蚶坏。可部采光时,事内照度分布均匀,所以采光叫以用采光系数平均值衡量。采光均匀度等丁工作皿上的照度晶低值与照艘平均值之比。因为如粜视野内照度分布均匀,人眼容易疲乏使视功能降,因此要求房问的照度分柑具雨定均匀度。窗地比是指,窗洞】白积与地面血积之比。东南大学硕上学位沦文的平均照度。需要说明的一点是,地上汽午库标准要求“窗地比限不宜小于”,由于地下建筑一般以项部水平窗为主,水平窗效半是地上垂育窗的倍以上,可见地上窗地比临界值偏大,无法指导地下的天窗设计,凶此论文会在第四章对地下窗地比临界值大小进行探讨。图采光不均匀雨出现的眩光现象地下车库中目标与背景的亮度对比悬殊产生眩光现象窗地面积比宜大于停车空间采光系数不宜小于工作区域照度标准值低中高行车遵图不同类型的地下建筑对天然采停车位光的要求图汽车库建筑设计规范对除办公建筑外,任何一种建筑类型都可车库的采光要求建于地下环境顶部天窗研究现状目前,国外做过一些天窗在天然采光技术方面的研究,和”提出了一种天然光数字模拟模型,它可以模拟先进的窗户系统,计算室内照度,减少照明用电。这种特殊的窗户系统采用的是一个双层玻璃窗,在两层玻璃之间安装町自动调节的百叶,整个系统的运行采用计算机自动控制。结果表明,在阴灭采用这种控制系统可节约照明用电,在晴天可节约。同时对百叶进行控制可以减少太阳辐射得热,避免眩光产生,在时晴时刚的天气使用,室外传感器可以感应天气参数,进步拧制百叶角度和室内自然光照度。国内对天窗天然采光的研究主要分为采光技术、天窗采光和照明负荷以及窗户遮挡三个力向。中科院物理研究所的肖辉乾研究员早年做过无窗或地下封闭环境中导光管照明的实验研究,这些年导光箭技术在工程中也有初步使用国内埘光导纤维的技术应用基本成熟以能够较好地提供自然光照明。在天窗采光和照明负荷研究上,重庆建筑大学的严永红博士对商业中庭的照明进行“,第一章绪论过系统研究,提出了照明节能方案及经济性评价。天津大学的陈打兵博士在办公建筑的天然采光与能耗分析中对办公建筑的天然采光和能耗做了数值模拟和实测验证,分析了窗户天然采光特性对采光质量和采暖空调能耗的影响,找到其中的函数关系。东南大学彭小云博士在中庭的热环境与节能研究中,对中庭的热环境和光环境做了实测调金,探讨了中庭的光环境设计与采光及能耗之目的关系。在遮挡蒯题上,天大沈天行教授做过深入研究,用鱼眼镜头从室内拍摄窗户,分析照片亮度,得到天空照度,从而对窗外遮挡情况做量化分析。从前人的研究情况可以看出,除陈红兵博士涉及侧窗采光特性外,其余大多是在采光虚川层向的探讨。由于侧窗和天窗采光方式不同,因此可阻认为,本文的研究具有一定的开创性和学术价值。论文研究目的、内容和意义研究目的顶部天窗是目前我国地下建筑中最为常见的直接型采光方式,主要为地下竹层或多层建筑的项部提供自然光照,由于自然光不稳定,持续时间短,项部天窗大多被用于交通或储藏类采光要求低的场所。笔者在资料杳阅和工程调研巾发现,设计人员对天窗存在重造型轻功效的认识,建筑帅和景观师的天窗设计思路存在分歧洞口设计中缺少窗地比的标准指导,已有的采光研究多是从天窗使角度考虑,忽略了对灭窗自身采光性能的探讨。不难看出,对地建筑灭窗采光进行研究是设计实践的需要,有着重要的现实意义。因此本文选择地下顶部天窗采光方式,针对天窗的采光特性,对室内采光质量平均采光系数、采光平均照度和采光均匀度进行研究,探讨地下窗地比数值,分析天窗设计的适宜模式,总结地下天窗的设计思路。在实际工程中,参照论文的研究结果,可以得到合理而科学的天窗设计方案,实现节约能源、减少人照明能耗的目的。希望本文的研究,口以为日后地下建筑采光方案提供比选和优化的依据也为地上景观布置提供参考建议。研究思路和内容研究思路如图所示发现分析解决查阅与调研总结天窗采光特性总结地下建筑的天窗设计思路计算方法应用研究和软件计算结果修正结合研究成果的天窗设计改造地下窗地比临界值研究与临界值的设计修正分析与天窗设计适宜模式的推荐目盘口姣渚目雾誊等芸詈美算翌警燃乞图,研究思路流程图基于调查,本文首先从调研中提炼影响窒内采光效果的天窗采光特性,然后理论分析采光特性给室内采光质量带来的影响,最后将研究成果运用在实例改造中,结合方案总结出地下天窗的一东南大学硕上学位论文设计思路。具体内容包括以下几方面地下建筑采光现状调查和天窗采光特性总结。选取南京三处地下建筑,调研天窗的采光状况,找出采光设计的问题,总结影响室内采光质量的天衡采光特性天然采光计算的地下应用性研究。找到软件应用于南京地下的计算结果修正值地下窗地比临界位研究。使软件建立模型,计算理想模型的窗地比临界值,找到其席用于实践的修正系数天窗采光特性量化研究。研究不同采光特性下的室内采光质量,推荐天窗采光设计的适宜模式对顶部天窗设计的改造。将理沧研究与实践结合,提出地下建筑天窗设计思路,对两堤国际小区地下车库天窗进行改造,计算改造后车库年照明节省电量,从天然采光节能角度论证方案改进的有效性。研究意义用地紧张、地价高昂、空间拥挤是目前困扰城市建设的难题,开发利用地下空间,高效利用土地资源的规划思路,已经在设计领域被加以实施和贯彻。由于地下空问缺少光照、长时间的人工照明对身处其中的人来说不利于身心健康。因此,把光线引入地下,不但对地空间使用者有着重要意义,而且还满足建设人性化室内环境的社会需求。采光设计研究不但顺应地下建筑的发展,还对建筑节能有很大意义。应该看到,建筑能耗已成为国家能耗的重要部分,发达国家的建筑能耗占其总能耗的,我国建筑能耗约占全国总能耗的/。随着地下建筑面积的增加,能源消耗也在不断增大。由于这类大型公共建筑的能耗丰要照明能耗和空调能耗两部分构成,如果我们在地下照明殴计时,充分考虑火然采光,将自然光与人工照明良好结合,这样不但可以延长采光时数,还可以减少照明能耗,具有降低照明费用和实现建筑节能的现实意义。需要指出的足对地下车库照明系统的研究表明,车库照明负荷曲线与照曲线接近,也就是说如果在车库成功采用天然采光,地建筑零电耗的目标完全可以实现。例如浙江省慈溪市天和家同的地下车库,在晴天利用主动式曰光照明系统为整个建筑提供光照,数据统计表明,日光照明系统下的地下车库照明峰值功率为,比相同条件下的传统照明功率小的多“。但同时我们也应当看到,低效的天窗应用使午库即使在晴天也会付出高昂的耗电代价,如南京西堤国际小区地下车库,每月照明费用高达万元。由此可以说,有效的天窗设计有助于产生一定的经济效益,探讨科学地减少地下照明用电,是当今社会关注的热点问题。在地下开发时,顶部的天窗设计往往体现了建筑师和景观师设计思路的分歧,者将矛盾集中在天窗的定位、布置和设计形式。地下建筑帅希望洞口大小适宜,在均匀靠置的前提下,再做舶部调整地上景观师则希望洞越小越好,结合景观设计,与绿地建设融为一体。所以对天窗设计思路的梳理和总结,也是值得我们思考的问题。此外,笔者在资料查阅中发现,目前我们还没有可以用于指导地下采光设计的窗地比标准,在光环境测量中,看到大多样本都不满足标准的光照要求,而且天窗设计的小足已经一定程度地影响了建筑功能的正常使用。因此论文研究地下窗地比设计值和计算方法,希望能够为编制地下采光舰范提供技术参考理论分析天窗采光特性,推荐设计模式,希望能够为地采光实践提供设计依据,这些作都对当前开发和利用地下空问有着十分重要的现实意义。研究近况方面,前国内对地下天窗采光的研究多是从应用上考虑,忽略了天窗自身的采光特性给采光效果带来的影响,因此本文的研究还具有一定的学术价值,一定程度地填补了天窗应王春明,王盘伞天和家州屋顶并网光伏发电系统设计建筑电气一一第一章绪论用基础上的空白。总而之,随着地下建筑的开发,合理利用自然光已经成为地下空间发展任务的隋要。科学运用地下天窗采光技术,满足社会发展对地下室内环境的新要求,创造健康、舒适的地下光环境,是真正实现“以人为本”的地下建筑设计口标的有效途径。东南大学硕上学位论文第二章本文研究的顶部天窗类型与采光情况调查顶部天窗分类及本文研究的天窗类型如果建筑物从上部获取自然光,就称为顶部采光,其采光口就是天窗。天窗在合理布置下,可以为窄内提供最均匀的照明,同时由于其较高的位置使潜在的眩光可能非常小。因为顶部采光所处位置的特殊,使其只能在地下单层或多层建筑的顶部使用。根据天窗玻璃的位置近水平或近于垂直,可以将天窗分为平天窗和垂直天窗两类图一、图,这种划分是由于平天窗和垂直天窗会给建筑带来不的采光质量和差异的热辐射效果。图阴天天空亮度分布示意图阴天天空天顶处的亮度大约是地图平天窗图垂直天窗面处亮度的倍从采光质量角度讲,阴天时,平天窗每平方米接纳的自然光是垂直天窗的三倍多,这个估算是基于阴天天空的亮度分布推出的罔。同时,由于平天窗位于地商屋顶,很少受到室外物体的遮挡,因此相对垂直天宙,平天窗能够以更高的亮度和更佳的均匀度为地投射光线。从带给建筑热辐射角度讲,平天窗的水平面是夏天接受太阳辐射热最多的一个方向,尤其是在太阳直射的情况下,其辐射量甚至高于朝南的垂直天窗,因此减少夏天的太阳辐射得热应是平天窗设计的重要问题,例如在晴天较多的地区使用平天窗,应对天窗加强遮阳处理。对比之,垂直天窗可以根据设计环境的气候条件,以四面八方的朝向来取得光和热的平衡,一般情况垂直天窗以南向和北向为佳,尽量避免东西朝向。调研中发现,平天窗布置灵活,结构简单,光线相对柔和,采光均匀性较好,可以有效解决垂直天窗无法射入以及室内深处照度低或照度币均匀的问题,所以平天窗在地下设计巾被广泛应用”。垂直天窗的采光特性与一般侧高窗相似,可以说是提高位置安装在屋顶的侧窗,通常只在太阳高度角很低的日出落时,光线才得以进入宰内。笔者认为对垂直天窗的研究不具有地采光方式的代表性,因此,论文选择平天窗为研究对象下面简称天窗,从天窗采光性能角度,对地下建筑顶部天窗设计进行研究。南京单建式地下空间天窗采光现状调查对南京地下空问调研发现,在各类建造形式中,位于小区宅问绿地下方的社建式地下空间图具有完善地,卜配套功能、改善地面景观环境、旌工方便、造价经济的优点,是目前南京地下”美】约翰。卡尔奠迪,雷蒙德。斯特林著,于润涛编译,童林旭审校地卜建筑设计【】京地震卅版社,一第二章本立研究的顶吉天窗类型与粟光情况调黄空间中量人面广的建造形式,面积几乎是地上的/,在这种规模的地下开发中,如果不能利刚天窗采光,无疑照明能耗巨大,如果采光设计小合理,忽视了建筑热性能,也势必会增加宅调能耗。单建式地下室问工作空闸附件式地下空间圈地下空间单逢武与附件式的区别示意图调研内容选取南京三处带天宙采光的单建式地下空问,调研天窗采光情况,测量自然光环境照度。调研目的评估地下光环境情况,找样本在天窗采光上的问题,提炼影响室内采光质量的天窗采光特性。南京银城东苑小区银城东苑小区位于南京城东月牙湖畔,共配有五个地下车库,测量选择北部望山同组团的地下号车库。本次实测时间为年月日,阴天“,室外平均照度为,车库内全部自然采光。地下车库长宽,室内净高,现浇钢筋混凝士屋面,通过多角锥采光罩进行采光。停车位上空设计了两个洞口,长,宽,间间隔,以此可以推算天窗窗地比约为。采光罩被划分为个平面方形的四角锥图,长宽均,倾角。,高。天窗选用普通玻璃,测最出透射系数为。据车库管理员介绍地下车库在白天光线允足时,无须开肩日光灯辅助照明,也就是说车库在白天,通过顶部天窗采光就可满足室内视见要求图、图。笔者在现场也发现,尽管室外阴天,但从上午到下午,室内可以完伞依靠天然采光提供照明。图银城东苑地下车库图车库在白天光线图天窗可以提供行的多角锥采光罩充足时无须灯具辅助照明车道的照明“阴凡时,火卒亮度不受阳直射影响,分布相对稳定叫时明天是采光堪小利情况,如果此时测量的采光系数满足采光要求,则平时其他州段,部应满足要求。东南大学硕上学位论文图银城东苑号地下车库测点分布测量在车库内均匀布点,共设测点个,测量高度图。数据统计整理后详细数据见附表,得到行车道照度一,最小值。,平均值,计算得到采光系数平均值,采光均匀度约为停车位照度,最小值,平均值,计算得到采光系数平均值。,采光均匀度约为整个停车空间采光系数平均值为。实测数据发现,行车道照度。标准。、行车道采光均匀度标准、停车位采光均匀度标准不满足规范要求。问题原冈包括一、行车道最小照度不满足规范。天窗设计没有和地下空间布局结合,将天窗设在对光照要求不高的停车位区域,使车库的重要工作区行车道上的照度偏低二、行车道局部采光不均匀。最小照度位于右天窗南侧的车库边缘,说明这里的窗边距设计不适宜,从高照度地方经过此处可能会遇到眩光现象三、停车位局部采光不均匀。最大和最小照度相差悬殊,光照充足时,停车区域会出现眩光现象,建议在最大照度处增加挡光措施,或者在最小照度附近用人照明补充光量。主观评价银城东苑地下车库感觉通透、明亮,光线整体分布较均匀,只在右天窗南侧和停车区存在眩光隐患。车库白天室内照度基本满足人眼视觉要求,可以实现全自然光照明,体现了天窗对地下建筑天然采光的意义。南京西堤国际小区西堤国际小区位于南京奥体中心东面,占地,由片街区组成,绿化率。测量选择区地下的号车库。本次实测时间为年月日,阴天小雨,室外平均照度为,车库内全部天然采光。地下车库长,宽,室内净高,现浇钢筋混凝土屋面,通过一个多角锥和一个平板形天窗采光图。在南侧行车道上空,两个的洞口,中间间隔,由此可以推算天窗窗地比约为。角锥采光罩被划分为个角锥体,长宽,倾角。,采光罩高,测量出玻璃透射系数。为配合地面景观设计,右侧天窗沉于水下图,采用双层玻璃夹空气问层的作法,提高玻璃内表面温度,避免凝结水的出现。据车库管理员介绍,一般情况地下需开一半的日光灯补充照明,一个月电量消耗约万元图。笔者在实测现场发现,只有南侧行车道上设有天窗,风管从下方穿过,遮挡了几乎/的洞口图。第二章本文硎究的顶部天窗类掣采光情况调查图西堤国际地下车库的图水下平板型天窗图一北面行车道人工照明多角锥采光罩耗电严重图风管遮挡/洞口面积图玻璃表面冷凝水挡光测量在车库均匀布点,共设测点个,测量高度图。数据统计整理后详细数据见附表,得到行车道照度,最小值。,平均值。,计算得到采光系数平均值。,采光均匀度约为停车位照度。,最小值,平均值,计算得到采光系数平均值。,采光均匀度约为整个停车空间采光系数平均值。从实测数据中可以发现很多测点照度为。问题原因包括一、天窗定位不佳。北而和西面行车道没有设窗,单靠南面天窗采光,使行车道的很多测点照度为二、灭窗设在水中。沉于水下的天窗进光量是露丁地面的/,说明用双层玻璃构造防凝结水的作法效果不理想图,如果没有其它补光措施辅助,水中的采光质量难以保证三、风管挡光。图西堤国际区号地下车库测点分布主观评价西堤国际地下车库感觉压抑,大部分区域处于昏暗之中。天窗设计不合理,造成白天车库照明系统高效运转,电量消耗严重。东南大学硕上学位论文南京蓝山国际小区蓝山固际位于南京黑龙江路号,绿化率。测晕选择楼问绿地的地下车库。本次实测时间为年月日,多云,室外平均照度为,车库内伞部天然采光。地下车库长,宽,宰内净高,现浇钢筋混凝土屋面。午库入口利用场地岛荠,从地势低处进入,入口采用侧窗采光。车库深处通过角锥体采光罩采光,三个涧长诧均为,左边两个间隔右边两个间隔,凶此可以推算出天窗窗地比约为。锥体采光罩倾角。,采光罩高图,中间和右边灭窗带有鼓座,测量出玻璃透射系数。笔者在现场发现叶问天窗洞口杂草蔓生图。图蓝山国际地下车库的单角锥采光罩图中间窗洞口杂草蔓生图洞口范围内的光照图地下车库的入图蓝山国际地下车库测点分布测量在车库内均匀布点,共设测点个,测量高度图。数据统计整理后详细数据见附表,得到行车道照度。,最小值“。平均值。,计算得到第二章本文研究的项部天宙类型采光情况调查采光系数平均值,采光均匀度约为停车位照度一,最小值,平均值。,训算得到采光系数平均值。,采光均匀度约为整个停车空问采光系数平均值,。从实测数据中发现很多数值不满足规范要求。问题原因包括一、开窗面积不够,很多测点照度为二、洞口小,间距大数量少,采光均匀度不好,仪在窗下区域有光照图三、窗定位不佳,行车道上没有最洞口单靠停车区的天窗提供照明心、植物挡光。中问洞口植物挡光,中间照度大大低于右边。从测量中还可以发现,带有鼓座的灭窗照度最低,说明井肇会折减进光最靠近入口侧窗的照度明显高于远离入口的照度说明利用高差的侧窗设计对地下采光有积极作用图。主观评价蓝山国际地下车库感觉压抑、昏暗,高照度主要分布在近窗区域。天窗设计不合理,白天光线充足时,天然采光很难满足视见要求,必须借助人照明辅助。调研总结由于时间和能力有限,论文只选择了南京三处单建式地下空间进行天窗采光调研。从调查中发现银城东苑地车库感觉通透、明亮,光线分布较均匀,西堤国际地车库和蓝山国际地下车库感觉相对压抑、昏暗,高照度主要分布在近窗区域。除银城东苑地下车库,其余样本的采光指标基本不满