建筑方案的天然采光性能分析方法[2]

　　4. 2 中庭周边区

　　中庭周边区域( 见图6) 获得的太阳光比外区通过外窗获得的太阳光要少，天然采光主要作用区域一般不会超过4 米。

　　中庭光井指数( WI) 和屋顶可见光等效透过率( τroof) 是影响中庭周边区域采光效果的主要影响因素。选择如图7 所示模型，设置两种案例: ①τroof值取0. 7，改变不同的中庭尺寸使WI 值在0. 67 ～ 2. 7之间变化，详细设置参见表3; ②中庭截面尺寸为20m × 20m，层数为6 层，τroof值在0. 3 ～ 0. 7 之间变化。计算时，周边区与中庭之间开口取值为80%，窗户( 单层玻璃) 可见光透过率取值为80%。

　　利用Daysim 采光模拟软件计算全年的DA 和DAcon值，计算结果如图8 和图9 所示。随着WI 值的增大，DA 和DAcon值降低，且当WI 大于2. 0 以后，DA 和DAcon几乎不变; 随着屋顶等效可见光透过率的增大，DA 和DAcon值呈线性增加。根据DA 和DAcon随τroof和WI 的变化特点，计算公式可表示为

　　当WI 在0. 67 ～2. 7 之间变化、τroof值在0. 3 ～0. 7之间变化时，利用Daysim 对不同WI 和τroof组合的案例进行模拟计算，对计算结果回归分析可得式( 4)中的系数x1 ～ x4取值，模拟计算结果与拟合公式计算结果的相关系数分别为0. 992 和0. 96 ( 见图10) 。

　　5 整体采光分析

　　5. 1 天然采光节能率

　　根据文献的研究成果，灯具的相对输入功率hp( 实际输入功率与额定功率的比值) 和相对输出光量hl( 实际输出光量与额定输出光量的比值) 之间的关系可表示为:

　　定义建筑采光外区为距离外墙4 米以内区域，外区建筑建筑面积为Fp，其余为建筑采光内区，内区建筑面积为FI。当灯具采用通断控制方式时，建筑整体全年天然采光照明节能率可按下式计算

　　当灯具采用连续调光控制方式时，建筑整体全年天然采光照明节能率可按下式计算　

　　其中DAI为内区被太阳光照射到区域的全年采光满足率，DAp为采光外区的全年采光满足率，fp和fI为外区和内区建筑面积比例，r 为内区能获得天然光部分的面积与内区总面积的比例。

　　5. 2 与体形系数关系

　　(8)

　　如果建筑外区各朝向的全年采光满足率和立面面积差异不大，则ηdaylight与建筑体形系数近似呈线性关系。建筑外区是获得天然采光的主要区域，而体形系数越大，建筑外区面积越大，因此照明节能率越大。

　　6 总结

　　计算全年采光满足率的经验公式是模拟辅助采光设计的有效途径，符合方案阶段天然采光设计的建筑信息和设计需求特点。方案阶段，模拟辅助天然采光设计的工作流程如图11 所示，该方法能方便、快捷地分析建筑整体采光性能，从而辅助建筑师进行方案设计。