建筑侧窗采光简化评估方法的研究[2]

　　步骤( 1) 中确定设计中需要自然采光的房间的实际情况，特别是拟需要达到的平均采光系数值DF 和室外有效天空角度。

　　步骤( 2) 天然光可行性验证: 确定窗玻璃的透射比τ，并根据下列公式确定满足步骤( 1) 中采光系数条件下的最小窗地比WWR。

　　如果根据该公式确定出的WWR 大于80% 则需要重新考虑步骤( 1) 中所拟定的采光系数值，或更改设计中的相关几何尺寸。

　　步骤( 3) 确定房间内表面反射比，开间和窗上沿高度h，根据下列公式确定房间天光自治区域。天光自治有效进深D

　　步骤( 4) 计算开窗面积，根据有效进深D 计算房间总表面面积At，代入( 5) 计算开窗面积:

　　根据以上四个步骤即可直接计算出满足平均采光系数要求的开窗面积。该方法中确定天光自治有效进深的步骤保证了采光均匀的要求，可以在既满足质量又满足均匀度的前提下调整进深和开窗面积。对于进深尺寸已经确定的项目，可以跳过第三步直接进入第四步的面积计算。当然，开窗面积要增大很多且采光系数随进深的变化较为巨大。

　　3 以最小采光系数为判据存在的问题与误差分析

　　笔者选用Radiance 模拟工具针对典型几何参数的房间，代入不同变量，以确定各参数对采光系数的影响规律。具体参数如下:

　　( 1) 净高2. 5、4. 5、6. 5 米，进深4. 8、5. 4、6. 0、7. 2、8. 4、9. 0 米。

　　( 2) 窗宽系数( 开窗宽度/开间) 0. 5、0. 7、0. 9，窗高系数( 开窗高度/层高) 0. 2、0. 4、0. 6。

　　( 3) 模型未含窗框，玻璃透射比0. 737，窗下沿高为1 米。

　　( 4 ) 室内墙面反射比为0. 5，地面0. 2，天花0. 8。

　　( 5) 上述数据对应18 个房间模型，每个房间模型9 种开窗方式。

　　全部模型均基于北京标准全阴天进行模拟。笔者从每个模拟数据中提取出75% 工作面面积均能达到或超过的采光系数值，所得数据源如图4 所示。笔者提取出窗地比1 /5 的情况进行比较，发现在等窗地比的情况下，存在空间净高越高，采光系数越低的情况。单一窗地比对应某一采光系数的规定存在一定误差。

　　与我国现行标准不同，澳大利亚的采光设计标准以平均采光系数为基础，相关学者对窗墙比、窗地比以及进深/窗高比等比例关系对平均采光系数的影响进行了研究[4]。结果表明，窗地比与采光系数平均值成近似正比，而与采光系数最小值无直接线性关系，平均采光系数对应建筑师的采光方案判定更具合理性。

　　笔者选取进深4. 5m、开间7. 2m 的房间进行比较研究，从原始模拟数据中提取出平均采光系数和最小采光系数，得出窗地比与Cave呈近似线性关系，C75%与Cmin成近似线性关系，但C75%、Cmin与窗地比无线性关系。另外，窗地比越大，平均采光系数与最小采光系数之比越小( 均匀度越高) ，这两个结论同澳大利亚的相关研究相似。

　　以下列两组模拟数据为例( 表1) :

　　图5 中两组数据的窗地比分别为1 /4. 4、1 /5. 3，均满足临界照度100lx 的要求，但前者的开窗更为合理，进一步反映出目前我国建筑师仅依据窗地比进行采光设计存在的误差问题。现行的窗地比与采光系数“一一对应”的分级准则不准确，最小采光系数的评定方法难以同国际标准相比对，且同其他几何尺寸的关联上存在矛盾，建议采用平均采光系数作为新的评判标准。综上所述，以平均采光系数作为新的衡量标准，既克服了最小采光系数标准所导致的缺憾，同时可以和天窗采光的标准相统一，也提供了一种限制大进深、大开窗设计的可能。

　　4 以采光系数平均值为判据的侧

　　窗采光简化计算方法的提出

　　4. 1 侧窗采光查表计算方法的原则

　　本评估计算方法更为符合建筑设计中的自然流程，即在先期确定房间基本尺寸( 开间，进深，层高) 的过程中，确定侧窗开窗大小，直接提供与建筑师确定房间尺寸、开窗大小两级思考步骤相对应的平均采光系数。为此笔者制定出一种二级嵌套的表格结构，直接对应上述两级思考步骤; 反之，如果设计结果所对应的平均采光系数值不能满足预期采光要求，可以通过改变开窗尺寸、房间尺寸进行设计调整。

　　确定了基本的“二级嵌套”查表计算方法之后，笔者初步确定了本方法的基本原则:1) “穷举式”数据处理，借助大量模拟数据以精确的房间几何尺寸和开窗方式对应精确的平均采光系数。通过建立采光系数和具体设计条件的对应关系，减小利用单一窗地比数值评估房间采光情况所造成的误差，代替目前采光设计标准使用中相对繁琐的查表计算过程。

　　( 2) 利用平均采光系数的研究成果，综合考虑户外遮挡、玻璃透射比和室内反射因素，与实际设计中条件接轨。穷举思维并不意味着涵盖现实设计条件的全部，复杂参数之间的组合关系是无法“穷举”出来的，更不可能逐一模拟。但可以借助前文所述平均采光系数计算公式，最大限度接近真实的复杂情况。笔者对简化二级结构下的各种情况进行模拟之后，利用公式进行计算扩充。

　　( 3) 最终成形的查表方式和计算方法应尽量符合建筑师的常规设计流程和思考习惯，简单易行。

　　4. 2 表格结构细化

　　依据我国《建筑设计资料集》中的普遍设计尺度，将模拟数据库范围定在进深4. 5m ～ 16. 8m、层高2. 2m ～ 12. 0m 之间，将进深、层高划分为若干区间，选取每个区间的代表尺寸进行模拟。根据对模拟结果的比较与分析，将4. 5m ～ 15. 6m 范围内的进深划分为10 个区间，以1m 间隔为区间单位，典型代表取中值。

　　根据常规设计尺寸中的进深/层高比例关系，笔者对一级表格结构进行了筛选，去除进深过小或过大的空间组合，既可以满足常规的建筑设计空间要求，同时避免大进深房间所带来的均匀度过差的情况。进深/层高超过一定值之后，平均采光系数对房间整体采光质量的评价作用也就失去了意义。因此，将常规的空间尺度控制在0. 75 倍层高< 进深< 2. 5倍层高的范围内，最终确定出一级表格的有效部分。一级表格中的每一格都嵌套着一个二级表格。其基本结构由窗高系数和窗宽系数两个控制因素构成。其中窗高系数( 窗洞高度/层高) 取值为0. 2、0. 4、0. 6; 窗宽系数( 窗洞宽度/开间) 取值为0. 5、0. 7、0. 9，即在每一个房间尺寸中都包含着9 种开窗方式。