建筑物理第三讲天然光环境(一)-昼光光源与采光课件

第三讲：天然光环境

（一）-昼光光源与采光1第三讲：天然光环境

（一）-昼光光源与采光1本讲主要内容：3.1天然光环境概述3.2光气候与采光标准3.2.1、光气候3.2.2、采光标准（采光设计标准）------天然光环境的质量评价3.3采光口（采光窗）3.3.1、侧窗3.3.2、天窗3.3.2.1、矩形天窗3.3.2.2、横向天窗3.3.2.3、锯齿形天窗

3.3.2.4、平天窗

2本讲主要内容：2太阳是生命之源，它以无尽的光和热哺育大地。是一种巨大的安全的清洁光源。

3.1天然光环境--------------------概述早在古人学会建造房屋时起，他们就掌握了在屋顶或墙壁上开洞收集天然光照明的方法。

古罗马万神庙巨大穹顶上直径近9m的圆洞和我国民居常用的面积不到一尺见方的亮瓦，都显示了前人采光的智慧．近代著名的建筑大师，如莱特、勒·柯布西埃、路易斯·康等人的许多作品，更是运用昼光照明和渲染气氛的杰作。3太阳是生命之源，它以无尽的光和热哺育大地。是一种巨大罗马的万神庙

哈德良皇帝于公元120年~公元124年在意大利罗马兴建了万神庙，作为奉祀诸神的神殿。这座显示了古罗马人卓越工程技术的建筑物，给人们留下了深刻的印象。

万神庙穹顶直径43米的记录直到20世纪还未被打破。如此规模的穹顶通常需要一些支撑物，但古罗马人精通如何建造拱形屋顶而不需要柱子支撑的技术。虽然古罗人不是拱门的首创者，但他们是最早认识拱门用途的人。

穹顶的圆眼（一直径为8.2米的采光圆孔——泽注）使阳光泻入万神庙。庙内的地面和墙壁均用色彩鲜明的大理石建成。天然光环境-------------------------概述4罗马的万神庙

哈德良皇帝于公元120年~公元124金贝尔美术馆--路易斯•康美术馆是一个将天然采光设计和空间造型相结合的经典范例！5金贝尔美术馆--路易斯•康5七十年代以来，节能的紧迫性和重视环境设计的新观念，对采光科学技术有很大的推动。现在人们已经能够几乎任意地控制天然光。我们可以用巨大的玻璃顶棚将一个中庭或大厅覆盖起来，模拟晴日当空、四季如春的大自然；也可以借助随太阳运行轨迹自动控制的遮阳装置完全遮蔽阳光，造成光线柔和宜人、照度稳定的工作环境。前几年曾经有人设想，用集日镜将日光收集起来．通过光导纤维输送到地下或建筑物深处的采光装置；目前，这种设想已经成为现实，它预示着建筑采光技术在不久的将来会有更快的发展。天然光环境--------------------概述6七十年代以来，节能的紧迫性和重视环境设计的新观念，对采光科学建筑物充分利用昼光照明的意义:

近年来的许多研究表明，太阳的全光谱辐射，是人们在生理上和心理上长期感到舒适满意的关键因素，不仅可以获得较高的视觉功效，节约能源和费用，而且很可能还是一项长远的保护人体健康的措施。另外，多变的天然光又是表现建筑艺术造型、材料质感，渲染室内环境气氛的重要手段。所以，无论从环境的实用性、还是美观的角度，都要求建筑师对昼光的利用做认真的规划，掌握设计天然光环境的知识和技巧。天然光环境------------------------------概述7建筑物充分利用昼光照明的意义:天然光环境----------昼光的组成日光——变化很快，在采光计算中不考虑。

天空光——相对稳定，建筑采光的主要光源。

在采光设计中，我们提到昼光（天然光）往往指的是天空光．它是建筑采光的主要光源。直射日光强度极高，变化很快，为防止眩光或避免房间过热，工作房间常需要遮蔽日光，所以在采光计算中一般不考虑直射日光的奉献。不过，室内照进直射日光也有积极的作用，变化不定的光束会增添室内环境的情趣，使人有接触大自然的感受，给人以时间的信息．8昼光的组成日光——变化很快，在采光计算中不考虑。

3.2光气候与采光标准在天然采光的房间里，室内的光线随着室外天气的变化而改变，要设计好室内采光，保证光需要，就需了解光气候知识。3.2.1、光气候：是由太阳直射光、天空扩散光和地面反射光形成的天然光平均状况。1、天然光的组成a、太阳直射光：太阳光穿过大气层时，直接透过射到地面的光。直射光照度大、有方向，在物体背后形成阴影。b、天空扩散光：太阳光穿过大气层时，碰到大气层中的空气分子、灰尘、水蒸气等微粒，产生多次反射，形成天空扩散光。天空扩散光使天空具有一定的亮度，在地面上形成的照度较小，无方向、不形成阴影。

全云天时只有天空扩散光；晴天时室外天然光有太阳直射光和天空扩散光两部分组成。93.2光气候与采光标准在天然采光的房间里，室内的光线随着室外2、不同天气室外光气候的变化地面照度来源于日光和天空光，其比例随太阳高度与天气（天空中的云和云是否将太阳遮住）而变化，通常，按照天空中云的覆盖面积将天气分为三类：晴天-------云覆盖天空的面积占0~3/10多云天-------云占4/10~7/10全阴天--------云占8/10~10晴天地面照度主要来自直射日光，随着太阳高度角的增大，直射日光照度在总照度中占的比例也加大。全阴天则几乎完全是天空扩散光照明。多云天介于二者之间，太阳时隐时现，照度很不稳定。102、不同天气室外光气候的变化晴天地面照度主要来自直射日光，随3、天空亮度分布国际照明委员会（CIE）根据世界各地对天空亮度观测的结果，提出三种天空亮度分布的数学模型，供设计人员在采光设计中使用。①均匀天空亮度分布天空各方向亮度一致。这是一种假想的、理论上的天空状况，只在简化的采光设计中才考虑。②CIE标准全阴天空（全云天）

CIE标准全阴天空适合于最低限度条件的采光设计。它符合世界各地对实际全阴天空观测的结果，数学表达式简单，应用广泛，我国也采用这类天空作为采光设计的依据。113、天空亮度分布国际照明委员会（CIE）根据世界从左式推算：天顶亮度约为地平线附近天空亮度的3倍。CIE标准全阴天空（全云天）这种天空在同一高度的不同方位上亮度相等，但从地平面到天顶的不同高度上有以下的亮度变化规律：12从左式推算：天顶亮度约为地平线附近天空亮度的3倍。CIE标准全云天气地面照度较低。地面照度取决于：

（1）太阳高度角。阴天中午仍然比早晚的照度高。

（2）云状。不同的云成分不同，对光线的影响也不同。低云（如下雨时的云）云层厚，主要有水蒸气组成，遮挡和吸收大量的光线，使天空的亮度降低，地面照度小。高云有冰晶组成，反光能力强，使天空亮度达到最大，地面照度也高。

（3）地面反射能力。光在云层和地面间多次反射，使天空亮度增加，地面上的扩散光照度也提高，积雪地面，扩散光照度比无雪时提高1倍以上。

（4）大气透明度。工业区烟尘使大气杂质增加，大气透明度降低，室外照度大大降低。13全云天气地面照度较低。13③晴天天空亮度分布：

是随大气透明度、太阳和计算点在天空中的相对位置而变，最亮处在太阳附近，离太阳愈远，亮度愈低。

另外，晴天同阴天相反，除去太阳附近的天空最亮以外，通常在地平线附近的天空要比天顶亮；与太阳相距约90度高度角的对称位置上，天空亮度最低。CIE晴天天空14③晴天天空亮度分布：

是随大气透明度、太阳和计算点4、我国光气候概况：影响室外地面照度的因素：太阳高度、云量、云状、日照率等。日照率（太阳出现的时数和可能出现的时数之比），由北、西北往东南方向逐渐减少，四川盆地一带为最低。云量，由北向南逐渐增多，新疆南部最少，华北、东北少，长江中下游较多。云状，南方低云，向北逐渐以高、中云为主。天然光照度中，南方以天空扩散光照度较大，北方和西北以太阳直射光为主。全国年平均总照度分布图：各地光气候的分布趋势，全年平均总照度最低值在四川盆地，因为该地区全年日照率低、云量多、低云所致。154、我国光气候概况：15全国年平均总照度分布图(Klx)16全国年平均总照度分布图(Klx)163.2.2、采光标准（采光设计标准）

------天然光环境的质量评价采光设计标准是评价天然光环境的质量准则，也是进行采光设计的主要依据。2001-07-31由国家建设部和质检局联合发布的《建筑采光设计标准》（GB/T50033—2001)，是在国家标准GB50033-91的基础上，总结了居住和公共建筑采光的经验，通过实测调查，并参考了国内外的建筑采光标准而制订的天然光照明质量评价的主要内容：------采光标准

1、采光系数：是室内某一点直接或间接接受天空光所形成的照度与同一时间不受遮挡的该天空半球在室外水平面上产生的照度之比。两个照度值均不包括直射日光的作用。在利用天然光照明的房间里，室内照度随着室外照度而时刻变化着，因此在确定室内天然光照度水平时，必须把它同室外照度联系起来考虑。173.2.2、采光标准（采光设计标准）

采光系数的符号为C采光设计中引进采光系数的概念很有好处。因为，在给定的天空亮度分布下，计算点和窗子的相对位置、窗子的几何尺寸确定以后，无论室外照度如何变化，计算点的采光系数总保持不变。如想知道某一采光系数在室内达到多高照度，只要把采光系数乘以当时的室外天空漫射光照度就行了。2、采光系数标准值

不同情况的视看目标要求不同的照度，而照度在一定范围内是愈高愈好，照度越高，工作效率越高。但高照度投资大、费用高，故照度的确定需考虑视觉工作的需要，又要顾经济上的可能性和技术上的合理性。18采光系数的符号为C采光设计中引进采光系数的概念很有好处。因

采光标准：将视觉工作分为Ⅰ~Ⅴ级，提出了各级视觉工作要求的天然光照度最低值为250、150、100、50、25Ix。采光系数标准值（

GB/T50033—2001）见P6-7页表8-2本表适用于我国Ⅲ类光气候区表中由于侧面采光房间故采光系数标准用最低值。顶部采光室内的天然光照度能达到相当好的均匀度，采光系数取平均值作为标准。19采光标准：采光系数标准值（GB/T50033—2001）临界照度：临界照度是人为设定的一个照度值。当室外照度高于临界照度时，才考虑室内完全用天然光照明，当等于或小于临界照度时，室内要开始采用人工照明。室外的有效照度，或室内天然光照度等于采光标准规定的标准值时的室外照度叫临界照度。采光标准规定临界照度值为5000Ix（适合Ⅲ类光气候区）。确定这一值后就可将室内天然光照度换算成采光系数（见表8-2）。3、光气候分区我国地域辽阔，各地光气候有很大区别，在采光设计中不可能采用同一标准，GB/T50033—2001将全国划分为Ⅰ~Ⅴ类光气候区，不同的光气候分区有不同的光气候系数K,见表8-3。20临界照度：3、光气候分区20光气候系数K表8-3各光气候分区的采光系数标准值：=表8-2所列值×K值光气候分区图21光气候系数K表8-3各光气候分区的采光系数标准值：光气候分4、照度均匀度视野内照度分布不均匀，易使人眼疲劳，视功能下降，影响工作效率。照度均匀度以工作面上的[对于站立的工作人员水平面距地0.90m，坐着的人是075m(或0.8m)]最低照度与平均照度之比表示（或采光系数最低值与平均值之比），不得低于0.7。CIE建议的数值是0.8。此外，CIE还建议工作房间内交通区域的平均照度一般不应小于工作区平均照度的1/3。相邻房间的平均照度相差不超过5倍。5、眩光限制当直接或通过反射看到灯具、窗户等亮度极高的光源，或者在视野中出现强烈的亮度对比时（先后对比或同时对比），就会感受到眩光。眩光可以损害视觉，也能造成视觉上的不舒服感。当侧窗位置较低，对于工作视线处于水平的场所极易形成不舒服眩光。故标准提出了侧窗不舒适眩光评价标准，见表8-4。顶部采光口位置高，常处于视野之外，不易引起眩光，标准未作限制。224、照度均匀度5、眩光限制223.3采光口（采光窗）窗是建筑物的主要采光设备。窗的功能：第一是引进天然光，第二是沟通室内外的视线联系，第三是用于控制自然通风。窗的形式——采光设计的核心是窗的设计按照窗所处的位置，可将窗分为侧窗和天窗两大类，采光分为侧面采光和顶部采光。有的建筑同时兼有侧窗和天窗，其采光称为混合采光。3.2.1、侧窗

是在房间的一侧或两侧墙上开的采光口，由于侧窗构造简单、维修方便、光线具有明确的方向性，有利于形成阴影，使人的容貌和立体物件形成良好的光影造型，并可扩大视野，故是最常见的采光形式。侧窗一般放置在1m左右高度，窗台提高到2m以上时称高侧窗。233.3采光口（采光窗）窗是建筑物的主要采光设备。窗的功能窗的形式——采光设计的核心是窗的是设计采光量（室内各点照度总和），在采光口面积相等，窗低标高一致时，正方形窗最大，竖长方形次之，横长方形最少。照度均匀度，竖长方形窗在房间进深方向上好，横长方形窗在房间宽度方向上较均匀。24窗的形式——采光设计的核心是窗的是设计采光量（室内各点照度总RADIANCEImages25RADIANCEImages2526262727窗位置的高低----------影响房间进深方向上的采光均匀度图中，曲线表示工作面上不同点的采光系数，同一曲线的采光系数相同。低窗时，近窗处照度很高，往里迅速下降，在内墙处照度很低。当窗位置提高后，近窗处照度下降，远离窗口处照度提高，均匀性改善很大。窗的不同位置对室内采光的影响28窗位置的高低----------影响房间进深方向上的采光均匀减少窗面积的方式不同，室内采光量有不同的变化。窗上沿高度不变，提高窗台减少面积，近窗处照度明显下降，室内深处变化不大。窗台高度不变，上沿高度变化减少面积，近窗处照度变小，离窗远处照度下降逐渐明显。29减少窗面积的方式不同，室内采光量有不同的变化。窗上沿高度不变阴天时，窗口朝向对室内采光状况无影响；晴天时，不同朝向的房间，室内采光状况不同。a、晴天窗口朝阳时的室内照度分布；b、阴天时的室内照度分布；c、晴天窗口背阴时的室内照度分布。a、晴天时双侧窗口对着亮度不同的天空，室内两侧照度不对称；b、阴天双侧窗照度按中间对称分布。30阴天时，窗口朝向对室内采光状况无影响；a、晴天窗口朝阳时的室北方地区，外墙较厚，挡光较大，为了减少挡光，将靠窗的墙做成喇叭口，能较少遮挡，而且斜面上的亮度较外墙内表面亮度增加----过渡平面，可改善室内的亮度分布，提高采光质量。侧窗只能保证有限深度的采光要求，深度不超过窗高的二倍。更深的地方已采用人工照明补充，注意：31北方地区，外墙较厚，挡光较大，为了减少挡光，将靠窗的墙做成喇克服侧窗采光照度变化剧烈，提高房间深处的照度的措施：1、提高窗位置，可提高房间深处的照度，均匀性能得到很大改善。2、采用乳白玻璃、玻璃砖等扩散透光材料，或采用将光线折射至顶棚的折射玻璃，提高房间深度的照度，利于加大房间进深，降低造价。32克服侧窗采光照度变化剧烈，提高房间深处的照度的措施：1、提高天然光的控制与调节33天然光的控制与调节333、采用倾斜顶棚，接受更多的天然光，提高顶棚亮度，使顶棚成为照射房间深处的第二光源。4、在多层建筑中，侧窗位置较低时，将上面几层往里收，增加一些反射屋面，当屋面刷白时，对上一层室内采光效果明显。5、在晴天多的地区，朝北房间采光不足，将对面建筑（南向）立面处理浅色，使墙面成为一个亮度高的反射光源，增加北向房间的采光量。343、采用倾斜顶棚，接受更多的天然光，提高顶棚亮度，使顶棚成为大进深办公楼采用倾斜顶棚的实例办公室采光方案35大进深办公楼采用倾斜顶棚的实例办公室采光方案35侧窗位置较低，人眼很易见到明亮的天空，形成眩光，为了减少侧窗的眩光，可采用水平挡板、窗帘、百页、绿化等办法减少眩光。医院病房，成功的采光设计方案36侧窗位置较低，人眼很易见到明亮的天空，形成眩光，为了减少侧窗37373838393940403.3.2、天窗：采光系数最高值一般在跨中，最低值在柱子处。由于天窗布置在屋顶上，位置较高，处在视野范围外，不易形成眩光；另外，便于组织自然通风。3.3.2.1、矩形天窗在单层工业厂房中，矩形天窗应用很普遍，它实质上相当于提高位置的成对高侧窗。413.3.2、天窗：采光系数最高值一般在跨中，最低值在柱子处

矩形天窗的采光效率（进光量与窗洞面积的比）决定于窗子与房间剖面尺寸的关系：1）、天窗宽度（bmo）（天窗跨度）：对照度水平和照度均匀度都有影响，在一定范围内加大跨度能提高平均照度并改善均匀度；但超过限度会造成邻跨间天窗的互相遮挡。合适的比例应为

bmo=0.4~0.6b2）、天窗位置的高度（hx）:天窗下沿至工作面的高度。hx愈高则照度愈低，但均匀度变好；天窗低，效果正相反。从采光角度来看，一般以之间。Bd----天窗间距42矩形天窗的采光效率（进光量与窗洞面积的比）决定于窗子与房间3）、天窗间距（bd）:指天窗轴线间距离。从照度均匀性来看，它愈小愈好，但这样天窗数量增加，构造复杂，不能太密。一般小于天窗位置高度的4倍以内。4）、相邻天窗玻璃间距（bg）:若太近，则相互挡光，影响室内照度，其值一般取相邻天窗高度和的1.5倍。5）、窗子的倾斜度：窗子仰面倾斜设置能增大采光量。与水平面成60度的“梯”形天窗，比相等面积的矩形天窗，可提高工作面照度40~60%，但易积尘积雪，射进日光，要根据情况权衡得失。以上几种尺度是相互影响的，在设计时应综合考虑。对于矩形天窗，窗面积和地板面积的比值（称窗地比）增加到35%时，室内照度不再增加。这种天窗常用于中等精度工作，以及车间内有一定通风要求时采用。433）、天窗间距（bd）:指天窗轴线间距离。从照度均匀性来看，3.3.2.2、横向天窗（横向矩形天窗）

横向矩形天窗是将屋面板隔跨分别设在屋架上弦和下弦位置，窗扇立在屋架外侧，紧贴屋架，也成下沉式天窗。这种天窗省去了天窗架，但施工复杂。横向采光均匀度好，自然通风效果好，适合热车间。据有关资料介绍，横向天窗的造价仅为矩形天窗的62%，而采光效果则和矩形天窗差不多。横向天窗不宜用于跨度较小的车间。为了减少直射阳光射入车间，应使车间的长轴朝向南北，这样，玻璃面也就朝向南北，有利于防止阳光直射。443.3.2.2、横向天窗（横向矩形天窗）横向矩3.3.2.3、锯齿形天窗锯齿形天窗的特点是屋顶倾斜，可以利用顶棚的反射光，采光效率比矩形天窗约高15~20%。当窗口朝北布置时，完全接受北向天空漫射光，光线稳定，直射日光不会照进室内，因而减小了室内温湿度的波动及眩光。锯齿形天窗非常适于在纺织车间、美术馆等建筑使用。多垮的大面积锯齿形天窗都从单一方向进光，光的方向性强，面向天窗和背向天窗的垂直面照度有较大的差异，为此，一方面要尽量提高顶棚反射率，增加反射光强度，另一方面，机器设备、货架等要与天窗方向成90度布置,避免与天窗平行.天窗间距应不超过天窗下沿高度的2~2.2倍，以保证工作面的昼光照度均匀。453.3.2.3、锯齿形天窗锯齿形天窗的特点是屋顶倾斜，可以利锯齿形天窗——充分利用顶棚的反射光天窗间距应不超过天窗下沿高度的2~2.2倍，46锯齿形天窗天窗间距应不超过天窗下沿高度的2~2.2倍，463.3.2.4平天窗

这种天窗是在屋面直接开洞，铺上透明材料（如钢化玻璃、夹丝平板玻璃、玻璃钢、塑料等）。平天窗用于坡屋面，也可用于坡度较小的屋面上。可做成采光罩、采光板、采光带。构造上比较灵活。473.3.2.4平天窗这种天窗是在屋面直接开洞，铺上透明材料平天窗结构简单，施工方便，其造价仅为矩形天窗的21~37%。平天窗的玻璃接近水平，它在水平面的投影面积（Sb）比同样面积的垂直窗的投影面积（Sa）大。平天窗布置在屋面中部偏屋脊处（如b）均匀性和采光系数平均值较好。天窗间距（dc）最好保持在窗位置高度（hx）的2.5倍的范围内，以保证必要的均匀性。48平天窗结构简单，施工方便，其造价仅为矩形天窗的21~37%。由于防水和安装采光罩的需要，在平天窗开口周围都需设置一定高度的肋，称为井壁。井壁高度和井口面积的比例影响采光口的采光效率。井口面积相对于井壁高度愈大，则进光愈多。将井壁做成倾斜的办法，不仅能增加采光量，还能改善采光均匀度49由于防水和安装采光罩的需要，在平天窗开口周围都需设置一定高度平天窗玻璃一般做成固定，在需要通风的车间，应另设通风屋脊或通风孔，通风孔和采光口离远一点较好，以减少由通风口气流中的灰尘在玻璃上堆积。热带地区使用平天窗，日光很容易长时间照射室内，不仅产生眩光,而且夏季强烈的热辐射使室内温度过热，要采用遮阳，加强通风降温。北方寒冷地区，冬季在玻璃内表面会出现凝结水，应将玻璃倾斜成一定角度，使水滴沿着玻璃面流到边沿，滴到特制的水沟里。也可用双层玻璃以提高玻璃内表面温度，既可避免冷凝水，又可减少热损耗50平天窗玻璃一般做成固定，在需要通风的车间，应另设通风屋脊或通515152525353谢谢！54谢谢！54演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！第三讲：天然光环境

（一）-昼光光源与采光56第三讲：天然光环境

（一）-昼光光源与采光1本讲主要内容：3.1天然光环境概述3.2光气候与采光标准3.2.1、光气候3.2.2、采光标准（采光设计标准）------天然光环境的质量评价3.3采光口（采光窗）3.3.1、侧窗3.3.2、天窗3.3.2.1、矩形天窗3.3.2.2、横向天窗3.3.2.3、锯齿形天窗

3.3.2.4、平天窗

57本讲主要内容：2太阳是生命之源，它以无尽的光和热哺育大地。是一种巨大的安全的清洁光源。

3.1天然光环境--------------------概述早在古人学会建造房屋时起，他们就掌握了在屋顶或墙壁上开洞收集天然光照明的方法。

古罗马万神庙巨大穹顶上直径近9m的圆洞和我国民居常用的面积不到一尺见方的亮瓦，都显示了前人采光的智慧．近代著名的建筑大师，如莱特、勒·柯布西埃、路易斯·康等人的许多作品，更是运用昼光照明和渲染气氛的杰作。58太阳是生命之源，它以无尽的光和热哺育大地。是一种巨大罗马的万神庙

哈德良皇帝于公元120年~公元124年在意大利罗马兴建了万神庙，作为奉祀诸神的神殿。这座显示了古罗马人卓越工程技术的建筑物，给人们留下了深刻的印象。

万神庙穹顶直径43米的记录直到20世纪还未被打破。如此规模的穹顶通常需要一些支撑物，但古罗马人精通如何建造拱形屋顶而不需要柱子支撑的技术。虽然古罗人不是拱门的首创者，但他们是最早认识拱门用途的人。

穹顶的圆眼（一直径为8.2米的采光圆孔——泽注）使阳光泻入万神庙。庙内的地面和墙壁均用色彩鲜明的大理石建成。天然光环境-------------------------概述59罗马的万神庙

哈德良皇帝于公元120年~公元124金贝尔美术馆--路易斯•康美术馆是一个将天然采光设计和空间造型相结合的经典范例！60金贝尔美术馆--路易斯•康5七十年代以来，节能的紧迫性和重视环境设计的新观念，对采光科学技术有很大的推动。现在人们已经能够几乎任意地控制天然光。我们可以用巨大的玻璃顶棚将一个中庭或大厅覆盖起来，模拟晴日当空、四季如春的大自然；也可以借助随太阳运行轨迹自动控制的遮阳装置完全遮蔽阳光，造成光线柔和宜人、照度稳定的工作环境。前几年曾经有人设想，用集日镜将日光收集起来．通过光导纤维输送到地下或建筑物深处的采光装置；目前，这种设想已经成为现实，它预示着建筑采光技术在不久的将来会有更快的发展。天然光环境--------------------概述61七十年代以来，节能的紧迫性和重视环境设计的新观念，对采光科学建筑物充分利用昼光照明的意义:

近年来的许多研究表明，太阳的全光谱辐射，是人们在生理上和心理上长期感到舒适满意的关键因素，不仅可以获得较高的视觉功效，节约能源和费用，而且很可能还是一项长远的保护人体健康的措施。另外，多变的天然光又是表现建筑艺术造型、材料质感，渲染室内环境气氛的重要手段。所以，无论从环境的实用性、还是美观的角度，都要求建筑师对昼光的利用做认真的规划，掌握设计天然光环境的知识和技巧。天然光环境------------------------------概述62建筑物充分利用昼光照明的意义:天然光环境----------昼光的组成日光——变化很快，在采光计算中不考虑。

天空光——相对稳定，建筑采光的主要光源。

在采光设计中，我们提到昼光（天然光）往往指的是天空光．它是建筑采光的主要光源。直射日光强度极高，变化很快，为防止眩光或避免房间过热，工作房间常需要遮蔽日光，所以在采光计算中一般不考虑直射日光的奉献。不过，室内照进直射日光也有积极的作用，变化不定的光束会增添室内环境的情趣，使人有接触大自然的感受，给人以时间的信息．63昼光的组成日光——变化很快，在采光计算中不考虑。

3.2光气候与采光标准在天然采光的房间里，室内的光线随着室外天气的变化而改变，要设计好室内采光，保证光需要，就需了解光气候知识。3.2.1、光气候：是由太阳直射光、天空扩散光和地面反射光形成的天然光平均状况。1、天然光的组成a、太阳直射光：太阳光穿过大气层时，直接透过射到地面的光。直射光照度大、有方向，在物体背后形成阴影。b、天空扩散光：太阳光穿过大气层时，碰到大气层中的空气分子、灰尘、水蒸气等微粒，产生多次反射，形成天空扩散光。天空扩散光使天空具有一定的亮度，在地面上形成的照度较小，无方向、不形成阴影。

全云天时只有天空扩散光；晴天时室外天然光有太阳直射光和天空扩散光两部分组成。643.2光气候与采光标准在天然采光的房间里，室内的光线随着室外2、不同天气室外光气候的变化地面照度来源于日光和天空光，其比例随太阳高度与天气（天空中的云和云是否将太阳遮住）而变化，通常，按照天空中云的覆盖面积将天气分为三类：晴天-------云覆盖天空的面积占0~3/10多云天-------云占4/10~7/10全阴天--------云占8/10~10晴天地面照度主要来自直射日光，随着太阳高度角的增大，直射日光照度在总照度中占的比例也加大。全阴天则几乎完全是天空扩散光照明。多云天介于二者之间，太阳时隐时现，照度很不稳定。652、不同天气室外光气候的变化晴天地面照度主要来自直射日光，随3、天空亮度分布国际照明委员会（CIE）根据世界各地对天空亮度观测的结果，提出三种天空亮度分布的数学模型，供设计人员在采光设计中使用。①均匀天空亮度分布天空各方向亮度一致。这是一种假想的、理论上的天空状况，只在简化的采光设计中才考虑。②CIE标准全阴天空（全云天）

CIE标准全阴天空适合于最低限度条件的采光设计。它符合世界各地对实际全阴天空观测的结果，数学表达式简单，应用广泛，我国也采用这类天空作为采光设计的依据。663、天空亮度分布国际照明委员会（CIE）根据世界从左式推算：天顶亮度约为地平线附近天空亮度的3倍。CIE标准全阴天空（全云天）这种天空在同一高度的不同方位上亮度相等，但从地平面到天顶的不同高度上有以下的亮度变化规律：67从左式推算：天顶亮度约为地平线附近天空亮度的3倍。CIE标准全云天气地面照度较低。地面照度取决于：

（1）太阳高度角。阴天中午仍然比早晚的照度高。

（2）云状。不同的云成分不同，对光线的影响也不同。低云（如下雨时的云）云层厚，主要有水蒸气组成，遮挡和吸收大量的光线，使天空的亮度降低，地面照度小。高云有冰晶组成，反光能力强，使天空亮度达到最大，地面照度也高。

（3）地面反射能力。光在云层和地面间多次反射，使天空亮度增加，地面上的扩散光照度也提高，积雪地面，扩散光照度比无雪时提高1倍以上。

（4）大气透明度。工业区烟尘使大气杂质增加，大气透明度降低，室外照度大大降低。68全云天气地面照度较低。13③晴天天空亮度分布：

是随大气透明度、太阳和计算点在天空中的相对位置而变，最亮处在太阳附近，离太阳愈远，亮度愈低。

另外，晴天同阴天相反，除去太阳附近的天空最亮以外，通常在地平线附近的天空要比天顶亮；与太阳相距约90度高度角的对称位置上，天空亮度最低。CIE晴天天空69③晴天天空亮度分布：

是随大气透明度、太阳和计算点4、我国光气候概况：影响室外地面照度的因素：太阳高度、云量、云状、日照率等。日照率（太阳出现的时数和可能出现的时数之比），由北、西北往东南方向逐渐减少，四川盆地一带为最低。云量，由北向南逐渐增多，新疆南部最少，华北、东北少，长江中下游较多。云状，南方低云，向北逐渐以高、中云为主。天然光照度中，南方以天空扩散光照度较大，北方和西北以太阳直射光为主。全国年平均总照度分布图：各地光气候的分布趋势，全年平均总照度最低值在四川盆地，因为该地区全年日照率低、云量多、低云所致。704、我国光气候概况：15全国年平均总照度分布图(Klx)71全国年平均总照度分布图(Klx)163.2.2、采光标准（采光设计标准）

------天然光环境的质量评价采光设计标准是评价天然光环境的质量准则，也是进行采光设计的主要依据。2001-07-31由国家建设部和质检局联合发布的《建筑采光设计标准》（GB/T50033—2001)，是在国家标准GB50033-91的基础上，总结了居住和公共建筑采光的经验，通过实测调查，并参考了国内外的建筑采光标准而制订的天然光照明质量评价的主要内容：------采光标准

1、采光系数：是室内某一点直接或间接接受天空光所形成的照度与同一时间不受遮挡的该天空半球在室外水平面上产生的照度之比。两个照度值均不包括直射日光的作用。在利用天然光照明的房间里，室内照度随着室外照度而时刻变化着，因此在确定室内天然光照度水平时，必须把它同室外照度联系起来考虑。723.2.2、采光标准（采光设计标准）

采光系数的符号为C采光设计中引进采光系数的概念很有好处。因为，在给定的天空亮度分布下，计算点和窗子的相对位置、窗子的几何尺寸确定以后，无论室外照度如何变化，计算点的采光系数总保持不变。如想知道某一采光系数在室内达到多高照度，只要把采光系数乘以当时的室外天空漫射光照度就行了。2、采光系数标准值

不同情况的视看目标要求不同的照度，而照度在一定范围内是愈高愈好，照度越高，工作效率越高。但高照度投资大、费用高，故照度的确定需考虑视觉工作的需要，又要顾经济上的可能性和技术上的合理性。73采光系数的符号为C采光设计中引进采光系数的概念很有好处。因

采光标准：将视觉工作分为Ⅰ~Ⅴ级，提出了各级视觉工作要求的天然光照度最低值为250、150、100、50、25Ix。采光系数标准值（

GB/T50033—2001）见P6-7页表8-2本表适用于我国Ⅲ类光气候区表中由于侧面采光房间故采光系数标准用最低值。顶部采光室内的天然光照度能达到相当好的均匀度，采光系数取平均值作为标准。74采光标准：采光系数标准值（GB/T50033—2001）临界照度：临界照度是人为设定的一个照度值。当室外照度高于临界照度时，才考虑室内完全用天然光照明，当等于或小于临界照度时，室内要开始采用人工照明。室外的有效照度，或室内天然光照度等于采光标准规定的标准值时的室外照度叫临界照度。采光标准规定临界照度值为5000Ix（适合Ⅲ类光气候区）。确定这一值后就可将室内天然光照度换算成采光系数（见表8-2）。3、光气候分区我国地域辽阔，各地光气候有很大区别，在采光设计中不可能采用同一标准，GB/T50033—2001将全国划分为Ⅰ~Ⅴ类光气候区，不同的光气候分区有不同的光气候系数K,见表8-3。75临界照度：3、光气候分区20光气候系数K表8-3各光气候分区的采光系数标准值：=表8-2所列值×K值光气候分区图76光气候系数K表8-3各光气候分区的采光系数标准值：光气候分4、照度均匀度视野内照度分布不均匀，易使人眼疲劳，视功能下降，影响工作效率。照度均匀度以工作面上的[对于站立的工作人员水平面距地0.90m，坐着的人是075m(或0.8m)]最低照度与平均照度之比表示（或采光系数最低值与平均值之比），不得低于0.7。CIE建议的数值是0.8。此外，CIE还建议工作房间内交通区域的平均照度一般不应小于工作区平均照度的1/3。相邻房间的平均照度相差不超过5倍。5、眩光限制当直接或通过反射看到灯具、窗户等亮度极高的光源，或者在视野中出现强烈的亮度对比时（先后对比或同时对比），就会感受到眩光。眩光可以损害视觉，也能造成视觉上的不舒服感。当侧窗位置较低，对于工作视线处于水平的场所极易形成不舒服眩光。故标准提出了侧窗不舒适眩光评价标准，见表8-4。顶部采光口位置高，常处于视野之外，不易引起眩光，标准未作限制。774、照度均匀度5、眩光限制223.3采光口（采光窗）窗是建筑物的主要采光设备。窗的功能：第一是引进天然光，第二是沟通室内外的视线联系，第三是用于控制自然通风。窗的形式——采光设计的核心是窗的设计按照窗所处的位置，可将窗分为侧窗和天窗两大类，采光分为侧面采光和顶部采光。有的建筑同时兼有侧窗和天窗，其采光称为混合采光。3.2.1、侧窗

是在房间的一侧或两侧墙上开的采光口，由于侧窗构造简单、维修方便、光线具有明确的方向性，有利于形成阴影，使人的容貌和立体物件形成良好的光影造型，并可扩大视野，故是最常见的采光形式。侧窗一般放置在1m左右高度，窗台提高到2m以上时称高侧窗。783.3采光口（采光窗）窗是建筑物的主要采光设备。窗的功能窗的形式——采光设计的核心是窗的是设计采光量（室内各点照度总和），在采光口面积相等，窗低标高一致时，正方形窗最大，竖长方形次之，横长方形最少。照度均匀度，竖长方形窗在房间进深方向上好，横长方形窗在房间宽度方向上较均匀。79窗的形式——采光设计的核心是窗的是设计采光量（室内各点照度总RADIANCEImages80RADIANCEImages2581268227窗位置的高低----------影响房间进深方向上的采光均匀度图中，曲线表示工作面上不同点的采光系数，同一曲线的采光系数相同。低窗时，近窗处照度很高，往里迅速下降，在内墙处照度很低。当窗位置提高后，近窗处照度下降，远离窗口处照度提高，均匀性改善很大。窗的不同位置对室内采光的影响83窗位置的高低----------影响房间进深方向上的采光均匀减少窗面积的方式不同，室内采光量有不同的变化。窗上沿高度不变，提高窗台减少面积，近窗处照度明显下降，室内深处变化不大。窗台高度不变，上沿高度变化减少面积，近窗处照度变小，离窗远处照度下降逐渐明显。84减少窗面积的方式不同，室内采光量有不同的变化。窗上沿高度不变阴天时，窗口朝向对室内采光状况无影响；晴天时，不同朝向的房间，室内采光状况不同。a、晴天窗口朝阳时的室内照度分布；b、阴天时的室内照度分布；c、晴天窗口背阴时的室内照度分布。a、晴天时双侧窗口对着亮度不同的天空，室内两侧照度不对称；b、阴天双侧窗照度按中间对称分布。85阴天时，窗口朝向对室内采光状况无影响；a、晴天窗口朝阳时的室北方地区，外墙较厚，挡光较大，为了减少挡光，将靠窗的墙做成喇叭口，能较少遮挡，而且斜面上的亮度较外墙内表面亮度增加----过渡平面，可改善室内的亮度分布，提高采光质量。侧窗只能保证有限深度的采光要求，深度不超过窗高的二倍。更深的地方已采用人工照明补充，注意：86北方地区，外墙较厚，挡光较大，为了减少挡光，将靠窗的墙做成喇克服侧窗采光照度变化剧烈，提高房间深处的照度的措施：1、提高窗位置，可提高房间深处的照度，均匀性能得到很大改善。2、采用乳白玻璃、玻璃砖等扩散透光材料，或采用将光线折射至顶棚的折射玻璃，提高房间深度的照度，利于加大房间进深，降低造价。87克服侧窗采光照度变化剧烈，提高房间深处的照度的措施：1、提高天然光的控制与调节88天然光的控制与调节333、采用倾斜顶棚，接受更多的天然光，提高顶棚亮度，使顶棚成为照射房间深处的第二光源。4、在多层建筑中，侧窗位置较低时，将上面几层往里收，增加一些反射屋面，当屋面刷白时，对上一层室内采光效果明显。5、在晴天多的地区，朝北房间采光不足，将对面建筑（南向）立面处理浅色，使墙面成为一个亮度高的反射光源，增加北向房间的采光量。893、采用倾斜顶棚，接受更多的天然光，提高顶棚亮度，使顶棚成为大进深办公楼采用倾斜顶棚的实例办公室采光方案90大进深办公楼采用倾斜顶棚的实例办公室采光方案35侧窗位置较低，人眼很易见到明亮的天空，形成眩光，为了减少侧窗的眩光，可采用水平挡板、窗帘、百页、绿化等办法减少眩光。医院病房，成功的采光设计方案91侧窗位置较低，人眼很易见到明亮的天空，形成眩光，为了减少侧窗92379338943995403.3.2、天窗：采光系数最高值一般在跨中，最低值在柱子处。由于天窗布置在屋顶上，位置较高，处在视野范围外，不易形成眩光；另外，便于组织自然通风。3.3.2.1、矩形天窗在单层工业厂房中，矩形天窗应用很普遍，它实质上相当于提高位置的成对高侧窗。963.3.2、天窗：采光系数最高值一般在跨中，最低值在柱子处

矩形天窗的采光效率（进光量与窗洞面积的比）决定于窗子与房间剖面尺寸的关系：1）、天窗宽度（bmo）（天窗跨度）：对照度水平和照度均匀度都有影响，在一定范围内加大跨度能提高平均照度并改善均匀度；但超过限度会造成邻跨间天窗的互相遮挡。合适的比例应为

bmo=0.4~0.6b2）、天窗位置的高度（hx）:天窗下沿至工作面的高度。hx愈高则照度愈低，但均匀度变好；天窗低，效果正相反。从采光角度来看，