自然采光设计

1、 自然采光设计将太阳光引入室内，以满足正常工作及生活的需求，主要包括自然采光标准、采光口设计、现代窗系统设计等。自然采光设计以室外全阴天条件作为基本依据。在建筑节能设计中，结合我国各地光气候分区，合理地确定采光设计标准、采光口的形式与面 积，利用现代窗系统技术等，在节约能源的同时有利于改善室内光环境。一、光气候与光气候分区一、光气候与光气候分区 l 在天然采光的房间里，室内光环境是随着室外在天然采光的房间里，室内光环境是随着室外天气的变化而改变的。因此，要设计好室内采天气的变化而改变的。因此，要设计好室内采光，必须对当地的室外照度状况以及影响它变光，必须对当地的室外照度状况以及影响它变化的气象

2、因素有所了解，以便在设计中采取相化的气象因素有所了解，以便在设计中采取相应措施，保证采光需要。所谓应措施，保证采光需要。所谓光气候就是由太光气候就是由太阳直射光、天空扩散光和地面反射光阳直射光、天空扩散光和地面反射光形成的天形成的天然光平均状况。然光平均状况。 一、天然光的组成和影响因素 。l组成：直射光、天空扩散光、地面反射光l影响天然光组成的因素：l晴天、全云天l全云天地面照度的影响因素： 太阳高度角、云状、地面反射能力、大气透明度，建筑物的朝向对采光影响很大，朝阳房间（如朝南），建筑物的朝向对采光影响很大，朝阳房间（如朝南）面对太阳所处的半边天空亮度较高，房间内照度也高；而背阳房面对太阳

3、所处的半边天空亮度较高，房间内照度也高；而背阳房间（如朝北）面对的是低亮度天空，故这些房间的照度就比朝阳间（如朝北）面对的是低亮度天空，故这些房间的照度就比朝阳房间的照度低得多。而在朝阳房间中，如太阳光射入室内，则在房间的照度低得多。而在朝阳房间中，如太阳光射入室内，则在太阳照射处具有很高的照度，而其他地方的照度是由天空扩散光太阳照射处具有很高的照度，而其他地方的照度是由天空扩散光形成，其照度就低得多。这在室内产生很大的明暗对比，而这种形成，其照度就低得多。这在室内产生很大的明暗对比，而这种明暗面的位置和比值又不断改变，使室内采光状况很不稳定。明暗面的位置和比值又不断改变，使室内采光状况很不稳

4、定。，天空全部为云所遮盖，因此室外天然采光全部为，天空全部为云所遮盖，因此室外天然采光全部为扩散光，物体后面没有阴影。这时室外地面照度取决于太阳高度扩散光，物体后面没有阴影。这时室外地面照度取决于太阳高度角、云状、地面反射能力、大气透明度等四个因素，房间内照度角、云状、地面反射能力、大气透明度等四个因素，房间内照度也相对稳定和均匀。也相对稳定和均匀。阴天（全云天）晴天 光气候是错综复杂的，需要从长期的观测中找出其规律。目前多采用全云天作为设计的依据显然不适合于晴天或多云天多的地区有人提出按所在地区占优势的天空状况或按“平均天空”来进行采光设计和计算。 目前我国采光标准仍采用全云天作为采光设计依

5、据。l通过各地区的辐射光当量值与当地多年日辐射观测值换算出该地区的照度资料。就是利用这种方法得出的全国135个点的照度数据绘制成的全国年平均总照度分布图。l 我国地域辽阔，各地光气候有很大区别从图我国地域辽阔，各地光气候有很大区别从图1 1中可看出：西北中可看出：西北广阔高原地区室外总照度年平均值高达广阔高原地区室外总照度年平均值高达31.46klx31.46klx。而四川盆地及。而四川盆地及东北北部地区只东北北部地区只21.18klx21.18klx，相差达，相差达30%30%。l若采用同一采光标准值是不合理的，故采光标准将全国划分为若采用同一采光标准值是不合理的，故采光标准将全国划分为I

6、IV V个光气候分区个光气候分区( (图图2)2)。l在在建筑采光设计标准建筑采光设计标准中所列采光系数标准值适用于中所列采光系数标准值适用于类光气类光气候区。其他地区应按它所处不同的光气候区，选择相应的光气候候区。其他地区应按它所处不同的光气候区，选择相应的光气候系数（见表系数（见表1 1）。各区具体的采光系数标准值，为采光标准各表所）。各区具体的采光系数标准值，为采光标准各表所列采光系数标准值乘列采光系数标准值乘上各区的光气候系数。 1 1采光系数标准值采光系数标准值 l不同的视看对象要求不同的照度，而照度在一定范围内是越高越好，照度越高，工作效率越高，但高照度意味着投资大。采光标准的确定

7、必须既考虑到视觉工作的需要，又照顾到经济上的可行性和技术上的合理性。 l建筑采光设计标准是采光设计的基本依据 。l 视觉工作分为IV级，各等级视觉工作要求的天然光照度最低值分别为250、150、100、50、25lx。人们把室内完全利用天然光进行工作时的室外天然光最低照度称为临界照度也就是室内开始需要采用人工照明时的室外照值。这一值的确定影响开窗大小、人工照明使用时间长短等，具在一定的经济意义。l各类建筑的采光系数标准值l居住建筑采光系数标准值l办公建筑采光系数标准值l学校建筑采光系数标准值l图书馆建筑采光系数标准值l旅馆建筑采光系数标准值l医院建筑采光系数标准值l博物馆和美术馆建筑采光系数标

8、准值l工业建筑采光系数标准值l 我国的采光标准规定临界照度值为我国的采光标准规定临界照度值为5000 lx5000 lx。确定这一值后就可。确定这一值后就可将室内天然光照度换算成采光系数。由于不同的采光口类型在室将室内天然光照度换算成采光系数。由于不同的采光口类型在室内形成不同的光分布，故采光标准按不同的采光口类型，分别提内形成不同的光分布，故采光标准按不同的采光口类型，分别提出不同的要求。顶部采光时，室内照度分布均匀，采光系数采用出不同的要求。顶部采光时，室内照度分布均匀，采光系数采用平均值。侧面采光时，室内光线变化大，故用采光系数最低值。平均值。侧面采光时，室内光线变化大，故用采光系数最低

9、值。 l2.采光质量l（1）采光均匀度l视野内照度分布不均匀，容易使人眼疲，因此，要求房间内照度分布有一定的均匀度。(即：在距地面1m的假想水平面上，也就是在假定工作面上的采光系数的最低值与平均值之比；也可以认为是室内照度最低值与室内照度平均值之比。) 顶部采光时，级采光等级均要求在0.7以上。 l（2）防止眩光l解决措施l1、作业区应减少或避免直射阳光；l2、工作人员的视觉背景不宜为窗口；l3、为降低窗亮度或减少天空视域，可采用室内外遮挡设施；l4、窗结构的内表面或窗周围的内墙面，宜采用浅色饰面。 l（3）合适的光反射比 对于办公、图书馆、学校等建筑的房间，其室内各表面的反射比为下表所规定。

10、（4）防止紫外线的进入。在博物馆、美术馆内，应尽可能消除紫外辐射，限制天然光照度和减少照射时间，防止对展品的危害。l 为了获得天然光，人们在房屋的外围护结构（墙、屋为了获得天然光，人们在房屋的外围护结构（墙、屋顶）上开了各种形式的洞口，装上各种透光材料，如顶）上开了各种形式的洞口，装上各种透光材料，如玻璃、乳白玻璃或其他透光材料等，它既可以使室内玻璃、乳白玻璃或其他透光材料等，它既可以使室内明亮，又可使室内免受自然界的侵袭（如风、雨、雪明亮，又可使室内免受自然界的侵袭（如风、雨、雪等）。这些装有透光材料的孔洞统称为采光口。按照等）。这些装有透光材料的孔洞统称为采光口。按照采光口所处位置，采光口

11、所处位置，采光形式有：侧面采光（侧窗）、顶部采光（天窗）、混合采光。1. 1.侧窗侧窗l 它是在房间的外墙上开的采光口，是最常见的一种采光形式侧它是在房间的外墙上开的采光口，是最常见的一种采光形式侧窗的构造简单，不受建筑物层数的限制，布置方便，造价低廉；窗的构造简单，不受建筑物层数的限制，布置方便，造价低廉；光线具有明确的方向性，有利于形成阴影，对观看立体物件特别光线具有明确的方向性，有利于形成阴影，对观看立体物件特别适宜；并可通过它看到外界景物，扩大视野与外界取得视觉联系，适宜；并可通过它看到外界景物，扩大视野与外界取得视觉联系，故使用很普遍。窗底边的高度一般设置在离地故使用很普遍。窗底边的

12、高度一般设置在离地1m1m左右。左右。l有时为了争取更多的可用墙面，或为了提高房间深处的照度以及有时为了争取更多的可用墙面，或为了提高房间深处的照度以及其他原因，将窗底提高到离地其他原因，将窗底提高到离地2m2m以上，这种侧窗称高侧窗。以上，这种侧窗称高侧窗。高侧高侧窗常用于展览建筑，以争取更多的展出墙面；用于厂房，以提高窗常用于展览建筑，以争取更多的展出墙面；用于厂房，以提高房间深处照度；用于仓库，以增加储存空间。房间深处照度；用于仓库，以增加储存空间。l1、侧窗 ：在房间的一侧或两侧墙上开的窗，是最常见的一种采光形式。l适用的场合：进深不大的房间采光。 如：教室、住宅、办公室。l 特点：构

13、造简单，布置方便，造价低廉； 光线具有强烈的方向性，有利于形成阴影； 可直接看到外界景物，扩大视野； 窗位置低，人眼易看到明亮的天空，易造成眩光。 l 不同侧窗的几种形式及其光线分布 l侧窗 ：窗位置、尺寸对室内采光的影响l形状不同，面积相同，窗底同高时，照度均匀性： 横长方形侧窗，房间横向均匀性较好； 纵长方形侧窗，房间进深方向均匀性较好； 正方形的居中。侧窗采光特点：a、有方向性 b、随形状而变化 l侧窗 ：窗位置、尺寸对室内采光的影响lc、随位置而变化 ld、随窗户大小、高低而变化le、随窗宽度而变化 l f、随采光玻璃而变化 d、易产生眩光 医院病房采光设计 2.2.天窗天窗l 随若生

14、产的发展，车间面积增大，用单一的侧窗已不随若生产的发展，车间面积增大，用单一的侧窗已不能满足生产需要，故在单层房屋中出现顶部采光形式，能满足生产需要，故在单层房屋中出现顶部采光形式，称为天窗。由于使用要求不同，形成各种不同的天窗称为天窗。由于使用要求不同，形成各种不同的天窗形式形式 。l天窗 ：利用房屋屋顶设置的采光口称天窗，这种采光方式称天窗采光或顶部采光。l适用的场合：大型工业厂房和大厅房间。l 特点：采光效率高，约为侧窗的8倍； 照度均匀性较好； 很少受到室外的遮挡； 按使用要求的不同，天窗又可分为多种形式，如矩形天窗、锯齿形天窗、平天窗、横向天窗和井式天窗。 l（1 1）矩形天窗）矩形

15、天窗l 组成：由装在屋架上的天窗架和天窗架上的窗扇组成。窗扇 可做成垂直或倾斜，窗扇可开启，起到通风的作用。l特点：采光特性和高侧窗相似，眩光小，便于组织通风。在跨中的照度最大，而柱子处的照度最小。l适用场合：可用于 中等精密工作，以 及室内产生热量大 或有害气体时，较 为适宜。 l特点：采光系数最高值一般在跨中，最低值在柱子处；l 窗口位置高，不易形成眩光，不受外界的遮挡。l矩形天窗尺寸设计l 天窗宽度（bmo）: bmo=0.5bl 天窗的位置高度（hx）: hx=(0.350.7)bl 天窗间距（dc）: dc4hxl 相邻天窗玻璃间距（bx）: bx=1.5(hc1+hc2)l l（2

16、）横向天窗 它是将部分屋面板放在屋架下弦，利用露出的屋架安装窗扇采光。与矩形它是将部分屋面板放在屋架下弦，利用露出的屋架安装窗扇采光。与矩形天窗相比，横向天窗省去了天窗架，降低了建筑高度，简化结构，节约材天窗相比，横向天窗省去了天窗架，降低了建筑高度，简化结构，节约材料。料。 lA.窗扇做成横长方形；lB.窗扇做成阶梯形；lC.窗扇上沿做成倾斜型l（3）井式天窗l井式天窗是利用屋架上、下弦之间的空间，将一些屋面板放在下弦杆件上井式天窗是利用屋架上、下弦之间的空间，将一些屋面板放在下弦杆件上形成井口。井工天窗主要用于热车间。为了通风顺畅，开口处常不装设玻形成井口。井工天窗主要用于热车间。为了通风

17、顺畅，开口处常不装设玻璃窗扇。为了防止飘雨，除屋面作挑檐外，开口高度大时还在开口中间加璃窗扇。为了防止飘雨，除屋面作挑檐外，开口高度大时还在开口中间加几排挡雨板。几排挡雨板。l用于热车间、采光效果不佳l l（4）锯齿形天窗l 特点：锯齿形天窗为单面顶部采光，由于倾斜顶棚的反光，采光效率比纵向矩形天窗要高，在采光系数相同情况下，锯齿形天窗面积比纵向矩形天窗少15%20%。l 光线的均匀性好，方向性强。l 若采光口设计朝北可避免直射光，防止眩光，不致影响车间的温湿度调节。l 适用范围：可用于要求室内温湿度稳定的车间，如纺织厂的纺织和印染等车间，及美术馆、体育馆等建筑。l（5）平天窗：在屋顶上直接开

18、洞，这样的采光口称平天窗；一般透光材料选用钢化玻璃、塑料板等。l特点：l 构造简单，施工方便，造价低；l 采光效率高，为矩形天窗的22.5倍；l 采光口的位置布置灵活，形式可以多样；l 大量阳光直射室内，易产生眩光；l 平天窗表面冬季易结露；l 外表面易污染，难于清洗，影响透光性。l平天窗类型l a.三角形天窗；b.屋面采光板；c.采光罩l l2、天窗 室内天然光采光系数最低值为5%时，平、剖面相同的几种天窗所需的窗地比及采光系数分布情况：l 四、现代窗系统四、现代窗系统l 现代窗系统主要用于完成较困难的任务和对整个视觉现代窗系统主要用于完成较困难的任务和对整个视觉环境的有效控制，建筑物几何形体复杂、外墙受到严环境的有效控制，建筑物几何形体复杂、外墙受到严重遮挡或很深的空间以及对热负荷有控制要求的建筑重遮挡或很深的空间以及对热负荷有控制要求的建筑物。物。l 适宜的自然光包括视觉作业和视觉舒适两方面。现适宜的自然光包括视觉作业和视觉舒适两方面。现代的窗系统拓宽了窗功能，超越了传统的技术，其共代的窗系统拓宽了窗功能，超越了传统的技术，其共同特点是：使室内空间有较高的照度水平无论多云同特点是：使室内空间有较高的照度水平无论多云天或晴天，在房间深处都能从采光口得到较高照度；天或晴天，在房间深处都能从采光口得到较高照度；空间的光分布更均匀；通过控制直射