建筑侧窗采光简化评估方法的研究[3]

　　4. 3 计算机模拟

　　相对于针对侧窗采光的公式计算、模型试验、实际测量而言，计算机模拟更为精确。笔者所选用的模拟工具是哈佛大学GSD 开发的以Radiance 为计算内核的Diva for Rhino，对前文所述表格结构中的各种情况进行逐一模拟计算。原始表格结构中有效空间部分共包括69 个房间，每个房间对应9 种开窗方式，总计621 种采光状态，模拟后取得由621 个平均采光系数所组成的原始数据库，是下一步表格扩充的基础( 见图6) 。

　　　　4. 4 模拟结果的相关验证和比较

　　我国现行采光标准基于大量的实际测量验证，有着较高的可靠性，现行标准中作为评定标准的采光系数“最小值”是指距内墙中点1m 处的采光系数。笔者选取了5 个不同房间( 开窗方式不同，窗地比差别较大) 进行模拟，每个房间分别对应三种不同的开间/进深比值，从模拟结果中提取出符合目前采光设计标准所定义的采光系数“最小值”; 根据这5 个房间的几何参数，用目前标准中的采光计算方法算出相应的采光系数“最小值”，得到的15组比对关系的平均误差为10. 5%，近似一致。

　　4. 5 利用线性插值法对表格内容的扩充及验证

　　为扩充表格，缩小区间单位，以方便查表过程中的精确定位，笔者采用线性插值的方法对原始表格进行了扩充。

　　首先，将二级表格的9 组数据扩充至25 组数据，原始设定的窗宽系数0. 9、0. 7、0. 5，通过插值扩充至0. 9、0. 8、0. 7、0. 6、0. 5， 窗高系数0. 2、0. 4、0. 6 扩充至0. 2、0. 3、0. 4、0. 5、0. 6。

　　笔者利用计算机模拟方法对插值数据进行验证。16个数据的平均差值为0. 04，标准方差0. 034，表明在原始模拟数据的基础上利用线性插值方法完全可以进行准确、详尽的表格扩充工作。

　　4. 6 借助平均采光系数公式对计算方法的简化

　　计算机模拟未能考虑到的影响因素包括玻璃透射比τ、室外遮挡角度θ、以及影响Ag /At的开间W。在计算机模型中，玻璃透射率的取值为0. 8，室外无遮挡( θ = 90°) ，开间/进深= 1，所以如果将模拟结果应用到实际情况，需要借用公式对查表求值进行转换。另外，虽然实际设计情况中室内反射系数各不相同，但因为影响平均采光系数的室内平均反射系数ρ 经过面积的加权之后相差不大，可以认为在常规的设计条件下，ρ 为常数。因此在随后的公式拓展中未将ρ 的折算纳入在内。

　　首先我们需要解决开间W 的引入和转化。以开间和进深相等的房间为基础，结合实际情况进行数值的转化，笔者确定了参数a 代表开间与进深的比值:即a = W/D

　　在计算机模拟过程中a = 1，但在实际设计情况中开间/进深的变化范围很大，取值一般在0. 6 ～2. 5 之间。若建筑师所需要评估的房间真实的平均采光系数为ADF，相对应的( 也就是在表格中所能查到的值，两种情况进深、层高完全相等，但设计开间的a 值不同) 表格中的平均采光系数为ADF'，则可以得到以下的公式推导过程:

　　其中a、τ、θ 分别为实际情况中的开间/进深、玻璃透射比以及室外遮挡角，从而实现了实际平均采光系数和表格中模拟结果之间的转化:

　　依此确定了完整的查表计算步骤:

　　( 1) 确定设计房间的进深、层高以及开窗墙面上的窗高、窗宽系数，在表格中查出平均采光系数值ADF'。

　　( 2) 确定开间与进深的比值a，综合了污染系数与挡光系数之后的玻璃透射比τ 以及室外遮挡角度θ，代入公式求得实际的平均采光系数ADF，完成对指定房间采光情况的评估。

　　以上是对于既定设计条件采光情况的评估，可以根据评估结果对设计进行调整。另一种建筑师的设计模式是针对既定的采光标准进行开窗设计。建筑师需要确定既定采光目标ADF，并通过以下公式转化得到需要在表格中查找的模拟值ADF':

　　得到ADF'后，根据进深、层高的组合关系锁定二级表格的具体位置，进而找到相应的开窗组合方式，为开窗设计提供参考。由于二级表格中窗高系数与窗宽系数的区间单位精度有限，如果建筑师需要找到对应某一采光系数模拟值的精确开窗方式的话，需要结合该二级表格在相应区间进行插值。但就一般的粗略估计而言，笔者建议建筑师在每一二级表格的25 个数值中选择最接近且大于ADF'的数值，并根据该数值所对应的窗宽、窗高组合关系进行开窗设计。

　　该方法可以实现建筑师“正”、“反”两种方向的采光设计需求，以查表为主，公式计算为辅。该方法以精确的计算机模拟数据为基础，借助理论公式综合了多种影响因素，为建筑师设计过程中的侧窗采光设计提供了方便、有效的方法。