重庆地区单层厂房适用天窗类型分析及优化设计初探[1]

　　1 引言

　　重庆是全国六大老工业基地之一，也是西南地区近代工业的发祥地、中国重要的工业城市[1，2]。十一五期间，重庆市建成市级特色工业园区41 个，2011 年1 ～ 9 月这些园区实现工业总产值5702. 6 亿元，同比增长45. 7%。2011 年度计划工业固定投资1500 亿元，上半年已完成工业固定投资765. 7 亿元，其中，园区完成基础设施投达138. 6 亿元。截止到9 月，全市工业园区新建成标准厂房164. 7 万平方米( 不含代建出租厂房) ，累计建成标准厂房838. 9 万平方米[3]。在新一轮的重庆市“十二五”规划纲要中提出“2020 年前形成五大万亿元工业板块”，相应的工业建设在未来几年将得到更多政策支持和发展空间。随着工业园区的发展，能耗也随之不断增加: 2009 年规模以上工业企业综合能源消耗2767. 01 × 10 000 吨标准煤，占全市能耗总量的43%; 2010 年规模以上工业企业综合能源消耗3207. 27 × 10 000 吨标准煤，占全市能耗总量的45%[4]。在不断加剧的能源危机背景下，工业厂房设计如何做到既降低能耗，同时又有效地改善室内物理环境，是一个值得深入探讨的问题。

　　充分利用天然光既可降低照明能耗，又有利于使用者身心健康、提高工作学习效率。由于人眼的非视觉效应，光谱差异可影响人体的昼夜节律、体温、机敏程度，进而影响工作效率及人体健康[5]。Tom DeMarco 等人研究发现天然采光下的办公环境会使人的工作效率、工作能力明显提高[6]。MustafaKemal Alimoglu 等人通过对141 名医学院护士进行的样本实验调查，发现每天至少接受3 小时日光照射有利于减少工作压力并提升工作满意度[7]。因此，如何以节能和人性化设计为前提，同时兼顾光、热环境而引入更优质合理的天然光，是现代工厂设计和改造的一个重点。

　　单层厂房室内天然光主要来源为侧面采光和顶部采光，由于单层厂房跨度、进深普遍较大，顶部采光( 天窗采光) 可更有效地提高天然光利用率。常见天窗主要有以下三种形式: 矩形天窗、锯齿形天窗及平天窗。国内学者曾对这三类天窗进行过对比研究，如: 山东建筑大学王刚、邵伟等对比了平天窗窗地比、天窗数量及间距等参数变化对室内体育馆的采光系数、均匀度、光线方向性等的影响[8]。重庆大学彭鹏、郑洁等分析了不同天窗面积的供冷、供热及照明能耗节约量的变化规律[9]; 严永红、王宁等通过能耗模拟软件进一步研究了平天窗的最佳窗地比取值范围和排列方式[10]; 华东交通大学彭小云等分析探讨了天窗类型、倾角、朝向与能耗的关系[11]。研究显示，平天窗采光效率最高，但眩光和过热问题难以解决; 矩形天窗、锯齿形天窗采光效率略低，但在照度均匀度、防止眩光和控制热量摄入等方面有明显优势。笔者对这几种天窗在重庆地区单层厂房中的实际使用状况进行了调查，希望从中找出更适合重庆地区气候特点的天窗类型，并对其进行进一步优化设计研究。

　　2 重庆地区单层厂房天窗采光现状调研

　　笔者选择了重庆市茶园新区工业园区的部分单层厂房进行实地调查和相关数据搜集分析。

　　重庆市茶园工业园规划面积120 平方公里，主要为机械装备和电子电器( IT) 制造业( 见图1) 。园区内单层厂房天窗类型以平天窗居多，有少量矩形天窗，无锯齿形天窗。从中选取了五个2005 年后建成的典型单层厂房车间进行天然采光现状调研。