村镇办公建筑自然采光口设计对建筑节能的影响[1]

　　0 引言

　　近年来，能耗量大和环境污染造成的压力促使人民着眼于推进节能减排方针，特别是全球经济危机造成的经济成本的压力迫使各界力争节能降耗。占总能耗1/3 的建筑能耗首当其冲，如何以建筑的自然采光特性降低照明能耗成为建筑师的要务。现有办公建筑主要的采光手段是侧面采光，针对主流化的大进深、大开间式办公区设计，室内较大进深处采光不足是不可回避的问题。目前采用人工照明成为大进深办公建筑弥补采光不足的主要手段，也有采用光导纤维等新材料的设计思潮[1-2]，但因成本较高而不利于普及；另一传统采光手段———顶部采光对于缓解室内大进深照度衰减问题、提升采光均匀度有良好效果[3]。但因其受建筑结构的限制较大，在高层办公建筑中应用效果也不明显，但在中小型低层办公楼却有充足的安装使用空间，建筑师们正不断探寻侧面采光与顶部采光的合理结合方式。

　　本文通过对某村镇生态办公楼中的多种采光方式结合的理念，通过模拟计算及实际运行效果分析，希望得出一些对同类建筑普遍适用的自然采光形式供建筑师利用。

　　1 采光口

　　本办公楼位于苏南地区，属于夏热冬冷气候区，在设计规划初始运用了挖土回填等多项节地、节水技术。总面积约656 m2，建筑南向采用了坡屋顶结构，在北侧分为上下两层。建筑南向以矮隔板划分为3 个办公区域，但上部空间保持连通，北向主要为库房等辅助性区域。结构模型如图1。

　　侧面采光作为最简单常用的自然采光方式，同时兼有通风和观景的功能，被广泛应用于办公建筑中，合适的窗墙间隔又创造出外立面的层次感，可开启的侧窗还可作火灾应急逃生口。根据耿建国的研究结果，侧窗的尺寸、安装高度等因素与室内光、热环境的舒适性以及建筑能耗息息相关，因此，在本建筑设计对侧窗予以了特别关注。但是单纯侧面对于光线入射室内的进深有较大限制，根据经验约为窗顶高度的1.5 倍[2]，对于本建筑中进深约8 m 的办公室显然无法达到采光要求。

　　为了提升侧面采光的效果，同时充分利用坡顶的条件，在办公室中段开设了高侧采光窗，这样可以引导更多的自然光进入室内。高侧采光窗与观景无关，只作采光用，其对室内光环境的作用效果是降低近窗处的照度，同时使照度随进深衰减率有所减缓，有助于提升纯侧面采光的室内采光均匀度。

　　利用光环境分析软件ECOTECT V5.5 对设计模型进行采光效果分析，数值结果见图2，显示办公区1和办公区3 内工作面采光系数均达到了2%的采光设计标准[6]，而夹于二者之间的办公区2 则在离窗3 m进深后采光系数无法达到设计阈值。其主因为办公区1 中段有部分西侧窗的光线补充；办公区3 与门厅相邻，且采光口面积大，光线遮挡相对较少；而办公区2体型狭长，相邻均为非直接采光区，单纯依赖侧面采光的不足暴露无疑。在此状态下，整个办公区间呈现东西向“明－暗－明”，南北向“明－暗”的极不均匀照度分布，严重影响在室人员的视觉舒适性。

　　针对这一问题，通过结合顶部采光的方式来改善，于是在办公区上方坡顶线性布置4 个顶部天窗以提升采光效果。天窗增加了建筑的通透性及与自然环境的联系性，有助于办公人员缓解工作疲劳。根据天棚亮度分布模型，天棚处的亮度是水平面的3 倍多，因此，采用平天窗作为自然光源的功效是侧窗的3 倍多，同时平天窗以更均匀的方式透射光线，也不易为外界遮挡，可以为大进深的办公室提供充足的光通量。结合本建筑坡顶的特点，该顶部天窗兼有平天窗和高侧窗的采光效果。这也在很大程度上缓解了平天窗夏季得热远大于冬季的缺点。另外天窗选用双层中空Low-E 玻璃，并结合天棚帘内遮阳，可达到很好的
透光不透热的效果，保证室内光热环境的舒适性。

　　图2 的模拟结果曲线显示，增加天窗后各办公区的整体照度水平都较原先有了明显提升，尤其是办公区中后部的光通量得到了较大补充，同时也使3个办公区的照度水平趋于一致，提升了建筑整体采
光均匀性。