铁路客站天然采光现状及优化设计研究[2]

　　2. 4 调研情况小结

　　通过对客站采光进行调研，我们发现客站的采光具有以下特点:

　　( 1) 客站采光对于其照明能耗有着重要的影响。一般来说，采光较好的客站照明能耗较低，反之则偏高;

　　( 2) 客站常用的采光形式包括侧面和顶部采光;

　　( 3) 透光围护结构的常用材料包括中空Low-E玻璃、中空夹胶玻璃、聚碳酸酯阳光板等，个别采用了ETFE 等新材料。

　　进一步对调研和实测数据进行分析，可以发现现有客站的采光设计中还存在以下一些问题:

　　( 1) 各客站的窗墙比差异较大，即使是在相同气候区的客站也如此。

　　( 2) 从实测数据来看，各客站的采光水平差异较大。

　　( 3) 采光设计时，缺少对建筑总体能耗的考虑。部分客站过于追求采光效果，采用了大面积的外窗或天窗，使得过多的太阳辐射进入室内，导致室内过热，并大量增加了空调能耗。

　　现有的采光设计标准中未对客站各空间的采光做出明确要求，在客站的采光设计中存在突出采光效果，忽略采光对空调能耗的影响的情况。

　　因此，根据客站的采光需求，从建筑节能的要求出发，确定合理的采光设计标准、窗墙比、采光形式、开窗方式以及窗的光热参数等，是十分必要的。其中，采光设计标准是需要首先解决的问题，也是采光设计的前提。

　　根据现场实测和主观感受，并参照照明设计标准和类似功能空间( 如大堂、展厅等) 的采光设计标准，候车室和进站大厅的采光系数不宜低于2%，售票厅的采光系数不宜低于1%，而站台由于是半室外空间，为了不至于产生强烈的明暗对比，其采光系数值不宜低于5%。

　　根据场所的空间特点和使用要求，参照表3 确定合理照明功率密度值、照明方式及设备:

　　3 模拟分析

　　通过实测调研，我们掌握了客站的采光现状，并参考相关标准，提出了合理的采光需求和设计标准。但是，现场调研的结果不能定量反映采光对于照明能耗和建筑总体能耗的影响; 同时，在不改变窗户面积的情况下，是否可以实现更好的采光效果，也难以通过实测验证。为此，课题组通过计算机模拟的技术手段，定量分析采光对于建筑总体能耗的影响，并通过不同开窗设计方案的分析比较，提出采光优化设计的建议。

　　3. 1 优化设计方法和工具

　　优化设计可以分为两个阶段，第一阶段即基于建筑总体能耗的优化设计阶段，通过改变围护结构方案，如窗墙比、光热参数、遮阳设置等等，给出不同方案下采暖、空调和照明能耗的分布情况，并根据建筑总体能耗变化的趋势确定合理的窗墙比、光热参数等; 第二阶段即窗的优化设计阶段，根据能耗优化设计情况，在确定窗墙比等因素的条件下，通过改变窗的形式以及分布等因素，优化光环境。

　　第一阶段我们利用DeST 软件对建筑总体能耗进行模拟，并进行节能优化; 第二阶段在第一阶段的基础上，利用Radiance 软件对不同采光设计方案的室内光分布情况进行模拟分析和优化，使得室内采光满足要求且均匀。

　　3. 2 客站模型

　　由于不同规模的客站在进深和层高等方面存在较大差异，其采光策略和设计要点具有明显的区别，需要分别加以分析。为此，以下挑选了一个大型客站和中型客站，对其采光进行优化设计，图11、图12 分别是两个客站的计算机模型。

　　其中，大型客站候车室的平面尺寸为180m ×180m，层高为21m，中型客站候车室的平面尺寸为100m × 31. 2m，首层层高6m，二层层高10m。为便于分析，对模型进行了必要的简化。

　　3. 3 基于能耗的优化设计

　　在建筑设计中，围护结构的遮阳系数及窗墙比、天窗比都会对建筑的照明和空调采暖能耗产生影响，以下我们分别对围护结构的遮阳系数、建筑的窗墙比和天窗比进行模拟分析和优化设计。

　　结合我国几个典型气候区的特点，并参考现有节能标准，根据不同的气候区给出常用的几组外窗、透明屋顶遮阳系数的参数( 0. 4 ～ 0. 8) 和几组窗墙比( 0. 2 ～ 0. 7) 、天窗比( 0 ～ 0. 5) ，通过模拟计算分析在不同的遮阳系数和窗墙比( 天窗比) 的条件下，客站的冷热负荷、室内照度的情况，进而得到相对应的空调电耗及照明电耗，从整体趋势的变化总结出遮阳系数和窗墙比( 天窗比) 的最优化设计建议。

　　以下给出了在温和地区的一个大型客站的模拟实例，说明如何通过分析对比，确定合理的遮阳系数和窗墙比。

　　从图13 可以看到，位于温和地区的大型客站，由于以冷负荷为主，随着遮阳系数的增大，耗热量变化不明显，耗冷量增大显著，采暖空调能耗增加，且空调采暖能耗的增加大于照明能耗的减少，因此温和地区大型客站全年总耗电量随着遮阳传热系数的增大而增大，总耗电量在第一、二组遮阳系数工况下的变化不明显，考虑到采光的需求，推荐取第2 组参数。

　　从图14 可以看到，位于温和地区的大型客站，随着天窗比的增大，空调能耗大幅增加，而照明能耗变化不大( 有侧面采光) ，因此温和地区大型客站全年总耗电量随着天窗面积的增大而增大，故推荐取天窗比为0. 1 ( 当采用遮阳系数即SC 值为0. 5的普通透光材料时) 。

　　通过对建筑总体能耗的模拟分析，我们可以得到不同气候区大中型客站的围护结构遮阳系数和窗墙比的推荐值，如表4 所示。

　　3. 4 客站采光优化设计

　　在能耗优化设计的基础上，我们得到了客站围护结构设计参数和窗墙比的优化设计值。为了验证在上述窗墙比( 天窗比) 及窗性能参数下，客站的采光是否能够满足要求，我们利用Radiance 软件对客站的采光进行了校核计算，并通过采光优化设计，改善室内的采光效果。这里以客站的主要功能空间候车室为例，并根据不同规模客站的特点，分别建立了大型和中型客站候车室的模型，进行计算机模拟分析。