建筑光学第八章综述课件

建筑光环境第第 八八 章章 天天 然然 采采 光光第一节第一节 光气候和采光标准光气候和采光标准第二节第二节 采光口采光口第三节第三节 采光设计采光设计第四节第四节 采光计算采光计算6/18/2024孙凤明1建筑光环境第一节第一节 光气候和采光标准光气候和采光标准一、光气候一、光气候 所谓光气候就是由太阳直射光、所谓光气候就是由太阳直射光、天空光和地面反射光形成的天然光天空光和地面反射光形成的天然光平均状况。平均状况。下面简要介绍有关光气候知识。下面简要介绍有关光气候知识。6/18/2024孙凤明2建筑光环境（一）天然光的组成和影响因素（一）天然光的组成和影响因素 太阳是天然光（太阳是天然光（DaylightDaylight）的光源。的光源。日光（日光（SunlightSunlight）在通过地球大气层时在通过地球大气层时被空气中的尘埃和气体分子扩散，结果，被空气中的尘埃和气体分子扩散，结果，白天的天空呈现出一定的亮度，这就是天白天的天空呈现出一定的亮度，这就是天空光（空光（SkylightSkylight）。）。天然光是直射日光与天空光的总合。天然光是直射日光与天空光的总合。6/18/2024孙凤明3建筑光环境 地地面面照照度度来来源源于于日日光光和和天天空空光光，其其比比例例随随太太阳阳高高度度与与天天气气而而变变化化。通通常常，按按照照天天空空中中云云的覆盖面积将天气分为三类：的覆盖面积将天气分为三类：（1 1）晴天）晴天云覆盖天空的面积占云覆盖天空的面积占0 03 31010（2 2）多云天）多云天云占云占4/104/107/107/10；（3 3）全阴天）全阴天云占云占8/8/10101 1 6/18/2024孙凤明4建筑光环境1、晴天、晴天 晴天时，地面照度主要来自直射日光；晴天时，地面照度主要来自直射日光；随着太阳高度角的增大，直射日光照度随着太阳高度角的增大，直射日光照度在总照度中占的比例也加大。全阴天则在总照度中占的比例也加大。全阴天则几乎完全是天空扩散光照明。多云天介几乎完全是天空扩散光照明。多云天介于二者之间，太阳时隐时现，照度很不于二者之间，太阳时隐时现，照度很不稳定。稳定。6/18/2024孙凤明5建筑光环境图图81 晴天室外照度变化情况晴天室外照度变化情况6/18/2024孙凤明6建筑光环境 晴天天空的亮度分布相当复杂，与太晴天天空的亮度分布相当复杂，与太阳高度和方位两个因素有关。晴天同阴天阳高度和方位两个因素有关。晴天同阴天相反，除去太阳附近的天空最亮以外，通相反，除去太阳附近的天空最亮以外，通常在地平线附近的天空要比天顶亮；与太常在地平线附近的天空要比天顶亮；与太阳相距约一阳相距约一9090高度角的对称位置上，天高度角的对称位置上，天空亮度最低。图空亮度最低。图8 82 2是典型的晴天天空亮是典型的晴天天空亮度分布图（符合度分布图（符合CIECIE标准晴天天空亮度分标准晴天天空亮度分布函数，设布函数，设L Lz z1 1）。）。6/18/2024孙凤明7建筑光环境图图图图8 82 2晴天天空亮度分布晴天天空亮度分布晴天天空亮度分布晴天天空亮度分布 （太阳高度角（太阳高度角（太阳高度角（太阳高度角4040，方位角，方位角，方位角，方位角00）6/18/2024孙凤明8建筑光环境图图图图8 83 3晴天天空亮度分布剖面晴天天空亮度分布剖面晴天天空亮度分布剖面晴天天空亮度分布剖面 （太阳高度角（太阳高度角（太阳高度角（太阳高度角4040，方位角，方位角，方位角，方位角00）6/18/2024孙凤明9建筑光环境2、全云天、全云天 这时天空全部为云所遮盖，看不见太这时天空全部为云所遮盖，看不见太阳，因此室外天然光全部为扩散光，物体阳，因此室外天然光全部为扩散光，物体后面没有阴影。这时地面照度取决于：后面没有阴影。这时地面照度取决于：（1 1）太阳高度角）太阳高度角 （2 2）云状）云状 （3 3）地面反射能力）地面反射能力 （4 4）大气透明度）大气透明度6/18/2024孙凤明10建筑光环境 这种天空在同一高度的不同方位上亮这种天空在同一高度的不同方位上亮度相等，但是从地平面到天顶的不同高度度相等，但是从地平面到天顶的不同高度上有以下的亮度变化规律。上有以下的亮度变化规律。L仰角为仰角为 的天空的亮度（的天空的亮度（cd/m2）；）；Lz天顶亮度（天顶亮度（cd/m2）；）；计算天空亮度处的计算天空亮度处的高度角（仰角）。高度角（仰角）。6/18/2024孙凤明11建筑光环境图图图图8 83 3 阴天天空亮度分布阴天天空亮度分布阴天天空亮度分布阴天天空亮度分布6/18/2024孙凤明12建筑光环境 从从上上式式推推算算，天天顶顶亮亮度度约约为为地地平平线线附附近近天空亮度的天空亮度的3 3倍。倍。由由于于阴阴天天的的亮亮度度低低，亮亮度度分分布布相相对对稳稳定定，而而且且，朝朝向向对对室室内内照照度度影影响响小小，因因而而使使室室内内照照度度较较低低，照照度度分分布布也也较较稳稳定定。这这时时，室室外外地地面面照照度度（以以lxlx为为单单位位）在在数数值值上上等等于于高高度度角为角为4242o o处的天空亮度（以处的天空亮度（以asbasb为单位）为单位），即：，即：E E地地(lx)lx)L L4242(asbasb)6/18/2024孙凤明13建筑光环境再由立体角投影定律可以导出天顶亮度与再由立体角投影定律可以导出天顶亮度与地面照度在数量上的关系为：地面照度在数量上的关系为：同样方法还可导出阴天的室外垂直面同样方法还可导出阴天的室外垂直面照度为：照度为：E E垂垂E E地地0.3960.396 图图8 83 3示出平均亮度相等的两种天空示出平均亮度相等的两种天空亮度分布的区别。亮度分布的区别。6/18/2024孙凤明14建筑光环境（二）我国光气候概况（二）我国光气候概况 我国地域辽阔，各地光气候有很大差别，我国地域辽阔，各地光气候有很大差别，同一时刻南北方的太阳高度相差很大。同一时刻南北方的太阳高度相差很大。从日照率来看，由北、西北往东南方向从日照率来看，由北、西北往东南方向逐渐减少，而以四川盆地为最低。逐渐减少，而以四川盆地为最低。从云量来看，大致是自北向南逐渐增多，从云量来看，大致是自北向南逐渐增多，新疆南部最少，华北、东北少，长江中下新疆南部最少，华北、东北少，长江中下游较多，华南最多，四川盆地特多。游较多，华南最多，四川盆地特多。6/18/2024孙凤明15建筑光环境 从云状来看，南方以低云为主，向北逐从云状来看，南方以低云为主，向北逐渐以高、中云为主。渐以高、中云为主。这些特点说明，天然光照度中，南方以这些特点说明，天然光照度中，南方以天空扩散光照度较大，北方和西北以太阳直天空扩散光照度较大，北方和西北以太阳直射光为主。射光为主。图图84是我国是我国135个点的照度数据绘制成的个点的照度数据绘制成的全国年平均照度分布图。全国年平均照度分布图。图图85为重庆室外地面照度实测值（为重庆室外地面照度实测值（klx）。）。表表2.2-1是相应图是相应图85的数值表。的数值表。6/18/2024孙凤明16建筑光环境图图84 全国年平均总照度分布图全国年平均总照度分布图(klx)6/18/2024孙凤明17建筑光环境图图85 重庆室外地面照度实测值（重庆室外地面照度实测值（klx）（a）总照度；总照度；（b）扩散光照度扩散光照度6/18/2024孙凤明18建筑光环境重庆室外散射照度与总照度之比重庆室外散射照度与总照度之比 表表8 81 16/18/2024孙凤明19建筑光环境二、采光标准二、采光标准 我国于我国于20012001年年1111月月1 1日起实施的日起实施的建筑采光设计标准建筑采光设计标准（GB/T 50033-GB/T 50033-20012001）是采光设计的依据。下面介绍该是采光设计的依据。下面介绍该标准的主要内容：标准的主要内容：6/18/2024孙凤明20建筑光环境 1采光系数（采光系数（Daylight Factor）采采光光系系数数（C C）是是室室内内给给定定水水平平面面上上某某一一点点的的由由全全阴阴天天天天空空漫漫射射光光所所产产生生的的照照度度（E En n）与与同同一一时时间间同同一一地地点点，在在室室外外无无遮遮挡挡水水平平面面上上由由全全阴阴天天天天空空漫漫射射光光所所产产生生的的照照度度（E Ew w）之之比比。两两个个照照度度值值均均不不包包括括直直射射日日光光的的作作用用。采光系数的符号为采光系数的符号为C C，以百分数表示。于是：以百分数表示。于是：6/18/2024孙凤明21建筑光环境 用采光系数这一概念，就可根据室用采光系数这一概念，就可根据室内要求的照度换算出需要的室外照度，或内要求的照度换算出需要的室外照度，或由室外照度值求出当时的室内照度，而不由室外照度值求出当时的室内照度，而不受照度变化的影响，以适应天然光多变的受照度变化的影响，以适应天然光多变的特点。特点。6/18/2024孙凤明22建筑光环境2采光系数标准值采光系数标准值 前前面面已已经经介介绍绍，不不同同的的视视看看对对象象要要求求不不同同的的照照度度，而而照照度度在在一一定定范范围围内内是是愈愈高高愈愈好好，照照度度愈愈高高，工工作作效效率率愈愈高高。但但高高照照度度意意味味着着投投资资大大，故故它它的的确确定定必必须须即即考考虑虑到到视视觉觉工工作作的的需需要要，又又照照顾顾到到经经济上的可行性和技术上的合理性。济上的可行性和技术上的合理性。6/18/2024孙凤明23建筑光环境 采光标准综合考虑了：视觉试验结果；采光标准综合考虑了：视觉试验结果；已建成建筑物的采光现状；采光口的经济分已建成建筑物的采光现状；采光口的经济分析；我国光气候特征；以及我国国民经济发析；我国光气候特征；以及我国国民经济发展等因素，将视觉工作分为展等因素，将视觉工作分为级，提出级，提出了各等级视觉工作要求的天然光照度最低值了各等级视觉工作要求的天然光照度最低值为为250250、150150、100100、5050、2525lxlx。我们把室内完我们把室内完全利用天然光进行工作时的室外天然光照度全利用天然光进行工作时的室外天然光照度最低值称为最低值称为“临界照度临界照度”，也就是室内开始，也就是室内开始需要采用人工照明时的室外照度值。需要采用人工照明时的室外照度值。6/18/2024孙凤明24建筑光环境 经过不同临界照度值对各种费用的经过不同临界照度值对各种费用的综合比较，还考虑到开窗的可能性，综合比较，还考虑到开窗的可能性，我国的采光标准规定临界照度值为我国的采光标准规定临界照度值为50005000lxlx。确定这一值后就可将室内天确定这一值后就可将室内天然光照度换算成采光系数。然光照度换算成采光系数。6/18/2024孙凤明25建筑光环境 由于不同的采光口类型在室内形成不由于不同的采光口类型在室内形成不同的光分布，故采光标准按不同的采光同的光分布，故采光标准按不同的采光口类型，分别提出不同的要求。顶部采口类型，分别提出不同的要求。顶部采光时，室内照度分布均匀，采光系数采光时，室内照度分布均匀，采光系数采用平均值。侧面采光时，室内光线变化用平均值。侧面采光时，室内光线变化大，故采光系数采用最低值。见下表：大，故采光系数采用最低值。见下表：6/18/2024孙凤明26建筑光环境表表82 视觉作业场所工作面上的视觉作业场所工作面上的采光系数标准值采光系数标准值6/18/2024孙凤明27建筑光环境 从表中可看出，采光系数标准值的从表中可看出，采光系数标准值的高低是根据视看对象的大小和采光口高低是根据视看对象的大小和采光口类型而定的。在类型而定的。在建筑采光设计标准建筑采光设计标准中，采光系数标准值是按房间的工中，采光系数标准值是按房间的工作性质来确定的，采光系数标准值见作性质来确定的，采光系数标准值见教材教材P166P166。6/18/2024孙凤明28建筑光环境3 3、光气候分区、光气候分区 由于我国各地光气候差别太大，若由于我国各地光气候差别太大，若采用同一采光标准值显然是不合理的，采用同一采光标准值显然是不合理的，故采光标准将全国划分为故采光标准将全国划分为个光气个光气候区（图候区（图8 86 6）。在）。在建筑采光设计标建筑采光设计标准准中所列采光系数标准值适用于中所列采光系数标准值适用于类类光气候区。其它地区应按它所在不同的光气候区。其它地区应按它所在不同的光气候区，选择相应的光气候系数（光光气候区，选择相应的光气候系数（光气候系数见表气候系数见表8 83 3）。）。6/18/2024孙凤明29建筑光环境图图8 86 6 光气候分区光气候分区6/18/2024孙凤明30建筑光环境 各区具体的采光系数标准值，为采各区具体的采光系数标准值，为采光标准各表所列采光系数标准值乘上各区光标准各表所列采光系数标准值乘上各区的光气候系数。的光气候系数。表表83 光气候系数光气候系数6/18/2024孙凤明31建筑光环境4 4、照度均匀度照度均匀度 视野内照度分布不均匀，易使人眼睛视野内照度分布不均匀，易使人眼睛疲乏，视功能下降，影响工作效率。因疲乏，视功能下降，影响工作效率。因此，要求房间内的照度分布有一定的均此，要求房间内的照度分布有一定的均匀度（即在假定工作面上的采光系数最匀度（即在假定工作面上的采光系数最低值与平均值之比；也可认为是室内照低值与平均值之比；也可认为是室内照度最低值与室内照度平均值之比）。度最低值与室内照度平均值之比）。6/18/2024孙凤明32建筑光环境 采光标准提出顶部采光时，采光标准提出顶部采光时，级级采光等级的采光均匀度要求不得小于采光等级的采光均匀度要求不得小于0.70.7。侧面采光时，由于室内照度不可能做到侧面采光时，由于室内照度不可能做到均匀，以及顶部采光时，均匀，以及顶部采光时，级视觉工作级视觉工作需要的开窗面积小，较难照顾采光均匀需要的开窗面积小，较难照顾采光均匀度，故此时对均匀度未作规定。度，故此时对均匀度未作规定。6/18/2024孙凤明33建筑光环境5 5、眩光限制、眩光限制 在侧窗采光房间里，窗口位置较低，在侧窗采光房间里，窗口位置较低，对于视线处于水平的工作场所极易形成对于视线处于水平的工作场所极易形成不舒适眩光。标准提出可采取以下措施不舒适眩光。标准提出可采取以下措施来减少窗口眩光：来减少窗口眩光：6/18/2024孙凤明34建筑光环境 作业区应减少或避免直射阳光；作业区应减少或避免直射阳光；工作人员的视觉背景不宜为窗口；工作人员的视觉背景不宜为窗口；可采取室内外遮挡设施来减少窗亮度或减少可采取室内外遮挡设施来减少窗亮度或减少窗的视域；窗的视域；窗结构的内表面和窗周围的内墙面宜采用窗结构的内表面和窗周围的内墙面宜采用浅色饰面；浅色饰面；具体控制侧窗眩光的处理方法见图具体控制侧窗眩光的处理方法见图8 87 7。标准还提出要求采取措施来防止反射眩光。标准还提出要求采取措施来防止反射眩光。6/18/2024孙凤明35建筑光环境图图图图87 87 87 87 控制侧窗眩光的细部处理控制侧窗眩光的细部处理控制侧窗眩光的细部处理控制侧窗眩光的细部处理a-窗台做成斜面；b-高反射率的顶棚，并且利用室外反射提高顶棚亮度，减小对比；c-用半透明百叶减小高天空亮度区（2），同时仍然可以看出（1）；d-利用人工照明照亮窗周围的墙面，以减小对比，减弱眩光。6/18/2024孙凤明36建筑光环境第二节第二节 采光口采光口侧窗侧窗天窗天窗本节主要介绍其采光特性本节主要介绍其采光特性6/18/2024孙凤明37建筑光环境一、侧窗一、侧窗1 1单侧窗单侧窗 在在进进深深不不大大，仅仅有有一一面面外外墙墙的的房房间间，普普遍遍利利用用单单侧侧窗窗采采光光。它它的的主主要要优优点点是是光光线线自自一一侧侧投投射射，光光流流有有显显著著的的方方向向性性，使使人人的的容容貌貌和和立立体体物物件件形形成成良良好的光影造型。好的光影造型。6/18/2024孙凤明38建筑光环境图图88 侧窗采光时的工作台位置侧窗采光时的工作台位置a光线来自侧方光线来自侧方b工作台与窗子相垂直布置（平面图）工作台与窗子相垂直布置（平面图）6/18/2024孙凤明39建筑光环境 当工作位置与有窗的外墙相垂直布当工作位置与有窗的外墙相垂直布置时（图置时（图8 88 8），有效地避免了光幕反），有效地避免了光幕反射和不舒适眩光。射和不舒适眩光。此外，通过侧窗还能直接看到室外此外，通过侧窗还能直接看到室外景物，窗子的构造简单，维修方便，价景物，窗子的构造简单，维修方便，价格也便宜。格也便宜。6/18/2024孙凤明40建筑光环境影响单侧窗采光效果的几个因素：影响单侧窗采光效果的几个因素：（1 1）室室内内一一点点获获得得的的天天空空直直射射光光数数量量是是由由该该点点透透过过窗窗子子“看看”到到的的天天空空面面积积大大小小决决定定的的，离离窗窗子子愈愈远远，“看看”到到的的天空面积愈小；天空面积愈小；（2 2）全全阴阴天天空空时时，天天顶顶要要比比地地平平线线附附近的天空亮得多；近的天空亮得多；6/18/2024孙凤明41建筑光环境 （3 3）由窗子投射来的光线与受光平面）由窗子投射来的光线与受光平面的夹角越大，照度越高，投射角越小，的夹角越大，照度越高，投射角越小，照度越低（余弦定律）；照度越低（余弦定律）；（4 4）室外景物对天空视域的遮挡。）室外景物对天空视域的遮挡。6/18/2024孙凤明42建筑光环境图图89 单侧窗采光区域示意图单侧窗采光区域示意图6/18/2024孙凤明43建筑光环境图图图图8 8 8 810 10 10 10 各种形式的侧窗各种形式的侧窗各种形式的侧窗各种形式的侧窗6/18/2024孙凤明44建筑光环境2双侧窗双侧窗 在在相相对对两两面面侧侧墙墙上上开开窗窗能能将将采采光光进进深深增增加加一一倍倍，同同时时缓缓和和实实墙墙与与窗窗洞洞间间的的亮亮度度对比。对比。相相邻邻两两面面墙墙上上都都开开侧侧窗窗，在在缓缓和和墙墙与与窗窗的的对对比比上上效效果果更更显显著著，但但采采光光进进深深增增加加有限。有限。6/18/2024孙凤明45建筑光环境图图814 不同天空时双侧不同天空时双侧窗的室内照度分布窗的室内照度分布a a晴天；晴天；晴天；晴天；b b阴天阴天阴天阴天ab6/18/2024孙凤明46建筑光环境 由上述可知，侧窗的采光特点是照由上述可知，侧窗的采光特点是照度沿房间进深下降很快，分布很不均匀，度沿房间进深下降很快，分布很不均匀，虽可用提高窗位置的办法来解决一些，虽可用提高窗位置的办法来解决一些，但这种办法又受到层高的限制，故这种但这种办法又受到层高的限制，故这种窗只能保证有限进深的采光要求，一般窗只能保证有限进深的采光要求，一般不超过窗高的二倍。更深的地方宜采用不超过窗高的二倍。更深的地方宜采用人工照明补充。人工照明补充。6/18/2024孙凤明47建筑光环境二、天窗二、天窗1 1、矩形天窗、矩形天窗 在在单单层层工工业业厂厂房房中中，矩矩形形天天窗窗应应用用很很普普遍遍。图图8 81111a a是是矩矩形形天天窗窗的的透透视视简简图图，它实质上相当于提高位置的成对高侧窗。它实质上相当于提高位置的成对高侧窗。在在各各类类天天窗窗中中，它它的的采采光光效效率率（进进光光量量与与窗窗洞洞面面积积的的比比）最最低低，但但眩眩光光小小，便于组织自然通风。便于组织自然通风。6/18/2024孙凤明48建筑光环境图图8 811 11 矩形天窗矩形天窗a-a-矩形天窗；矩形天窗；b-b-横向矩形天窗横向矩形天窗6/18/2024孙凤明49建筑光环境 （l l）天天窗窗跨跨度度b bk k：对对照照度度水水平平和和照照度度均均匀匀度度都都有有影影响响。在在一一定定范范围围内内加加大大b bk k能能提提高高平平均均照照度度并并改改善善均均匀匀度度；但但超超过过限限度度会会造造成成邻邻跨跨间间天天窗窗的的互互相相遮遮挡挡，效效果果适适得得其其反反。合合适适的的比比例例应应为为b bk k=0.4=0.40.6b0.6b（b b为为建建筑筑跨度或一列天窗分属的建筑宽度）。跨度或一列天窗分属的建筑宽度）。6/18/2024孙凤明50建筑光环境 (2(2）天天窗窗位位置置的的高高低低与与天天窗窗间间距距：天天窗窗下下沿沿至至工工作作面面的的高高度度h hx x愈愈高高则则照照度度愈愈低低，但但均均匀匀度度变变好好；天天窗窗低低，效效果果正正相相反反。因因为为h hx x通通常常是是由由生生产产工工艺艺或或建建筑筑体体积积决决定定的的，所所以以控控制制天天窗窗间间距距d dc c与与h hx x的的比比例例较较为为实实际际。一一般般以以h hx x/d/dc c0.450.450.700.70为为宜宜。当当每每跨跨仅仅有有一一列列天天窗窗时时，d dc cb b，h hx x/b/b0.450.450.700.70。多多跨跨厂厂房房中中的的矩矩形形天天窗窗能能受受到到相相互互交交叉叉照照射射，天天窗窗位位置置高高低低对对采采光光均均匀匀度度的的影响不很显著。影响不很显著。6/18/2024孙凤明51建筑光环境（3 3）窗窗子子的的倾倾斜斜度度：窗窗子子仰仰面面倾倾斜斜设设置置能能加加大大受受光光立立体体角角，从从而而增增大大采采光光量量。与与水水平平面面成成6060角角的的梯梯形形天天窗窗，比比相相等等面面积积的的矩矩形形天天窗窗，可可提提高高工工作作面面照照度度404060%60%，但但是是它它的的构构造造复复杂杂，容容易易积积尘尘积积雪雪，射射进进日日光光，所所以以要要根根据据具具体体情情况况权衡得失。权衡得失。6/18/2024孙凤明52建筑光环境 普普通通矩矩形形天天窗窗是是在在屋屋架架上上架架起起一一列列天天窗窗架架构构成成的的，窗窗子子的的方方向向与与屋屋架架相相垂垂直直，称称为为纵纵向向矩矩形形天天窗窗。天天窗窗屋屋架架增增加加了了建建筑筑高高度度，也也加加大大了了结结构构荷荷载载（特特别别是是风风荷载），从而提高了建筑费用。荷载），从而提高了建筑费用。6/18/2024孙凤明53建筑光环境 另一种形式的矩形天窗是将屋面板隔另一种形式的矩形天窗是将屋面板隔跨分别架设在屋架上弦和下弦位置，窗扇跨分别架设在屋架上弦和下弦位置，窗扇立在屋架外侧，紧贴屋架，称为横向矩形立在屋架外侧，紧贴屋架，称为横向矩形天窗（图天窗（图8 81111b)b)，也称下沉式天窗。这种也称下沉式天窗。这种天窗省去了天窗架，但施工复杂一些。它天窗省去了天窗架，但施工复杂一些。它的横向采光均匀度好，自然通风效果显著的横向采光均匀度好，自然通风效果显著改善，对一些热车间很适用。改善，对一些热车间很适用。横向下沉式天窗横向下沉式天窗6/18/2024孙凤明54建筑光环境4.锯锯 齿齿 形形 天天 窗窗 锯锯齿齿形形天天窗窗的的特特点点是是屋屋顶顶倾倾斜斜。可可以以充充分分利利用用顶顶棚棚的的反反射射光光。采采光光效效率率比比矩矩形形天天窗窗约约高高15%15%至至20%20%。当当窗窗口口朝朝北北布布置置时时，完完全全接接受受北北向向天天空空漫漫射射光光，光光线线稳稳定定，直直射射日日光光不不会会照照进进室室内内，因因此此减减小小了了室室内内温温湿湿度的波动及眩光。度的波动及眩光。6/18/2024孙凤明55建筑光环境 根据这些特点，锯齿形天窗非常适于根据这些特点，锯齿形天窗非常适于在纺织车间、美术馆等建筑使用。大面在纺织车间、美术馆等建筑使用。大面积的轧钢车间或轻型机加工车间、超级积的轧钢车间或轻型机加工车间、超级市场及体育馆也有利用锯齿形天窗采光市场及体育馆也有利用锯齿形天窗采光的实例。的实例。6/18/2024孙凤明56建筑光环境图图8 814 14 锯齿形天窗锯齿形天窗a-a-设备与天设备与天窗平行布置窗平行布置错误错误b-b-设备与天窗垂直布置正确设备与天窗垂直布置正确6/18/2024孙凤明57建筑光环境 单层的进深不大的房间、或多层楼单层的进深不大的房间、或多层楼房的顶层，常设单列的斜顶天窗房的顶层，常设单列的斜顶天窗（Clerestory)Clerestory)增加采光进深，或提高墙面增加采光进深，或提高墙面的垂直照度，形成特殊的采光效果。斜顶的垂直照度，形成特殊的采光效果。斜顶天窗在采光上的特点同锯齿形天窗类似。天窗在采光上的特点同锯齿形天窗类似。图图3-113-11给出两个例子及建议的尺寸。给出两个例子及建议的尺寸。6/18/2024孙凤明58建筑光环境图图 811 斜顶天窗斜顶天窗6/18/2024孙凤明59建筑光环境5平天窗平天窗 平平天天窗窗的的形形式式很很多多，其其共共同同点点是是采采光光口口位位于于水水平平面面或或接接近近水水平平面面，因因此此，它它们们比比所所有有其其他他类类型型的的窗窗子子采采光光效效率率都都高高得得多多，约约为为矩矩形形天天窗窗的的2 22 25 5倍倍。小小型型的的采采光光罩罩更更有有布布置置灵灵活活、构构造造简简单单、防防水水可可靠靠等等优优点点，近近年年在在民民用用建建筑筑中中也也用用的越来越多了。的越来越多了。6/18/2024孙凤明60建筑光环境 平天窗采用透明的窗玻璃材料平天窗采用透明的窗玻璃材料时，日光很容易长时间照进室内，时，日光很容易长时间照进室内，不仅产生眩光，而且夏季强烈的热不仅产生眩光，而且夏季强烈的热辐射会造成室内过热，所以，热带辐射会造成室内过热，所以，热带地区使用平天窗一定要采取措施遮地区使用平天窗一定要采取措施遮蔽直射日光，加强通风降温。蔽直射日光，加强通风降温。6/18/2024孙凤明61建筑光环境（1 1）大大面面积积采采光光顶顶棚棚一一一一主主要要目目的的是是形形成成一一个个接接近近大大自自然然的的全全天天候候室室内内空空间间，采采光光质质量量无无关关重重要要，安安全全、防防水水、维维修修等等问问题题是是设设计计首首先先考考虑虑的的因因素素。透透光光材材料料使使用用玻玻璃璃或或塑塑料料。常常见见于于现现代代建建筑筑的的中中庭庭、大大型型市市场场、体体育育馆馆、博博览览馆馆、温温室室等建筑。等建筑。6/18/2024孙凤明62建筑光环境（2）带带形形或或板板式式天天窗窗多多数数是是在在屋屋面面板板上上开开洞洞，覆覆以以透透光光材材料料构构成成的的。采采光光口口面面积积较较大大时时则则设设三三角角形形或或锥锥形形钢钢框框架架，窗窗玻玻璃璃斜斜置置在在钢钢架架上上（图图 312a）。屋屋面面采采光光板板，是是我我国国目目前前应应用用较较多多的的一一种种采采光光形形式式（图图312b），在在工工业业建建筑筑中中多多以以大大型型屋屋面面板板为为模模数数，分分散散地地或或成成带带形布置。形布置。6/18/2024孙凤明63建筑光环境平天窗类型平天窗类型图图8-12 平天窗类型平天窗类型a-三角形天窗；三角形天窗；b-屋面采光板；屋面采光板；c-采光罩采光罩6/18/2024孙凤明64建筑光环境（3）采采光光罩罩这这是是一一种种用用有有机机玻玻璃璃、聚聚丙丙烯烯塑塑料料或或玻玻璃璃钢钢整整体体压压铸铸的的采采光光构构件件，有有圆圆穹穹形形、扁扁平平穹穹形形、方方锥锥形形等等各各种种形形状状。采采光光罩罩的的尺尺寸寸较较小小，一一般般为为1m2左左右右。在在构构造造上上分分固固定式和开启式（图定式和开启式（图812C）。）。6/18/2024孙凤明65建筑光环境 开启式可以自然通风，但是开关比较开启式可以自然通风，但是开关比较复杂。为了保温隔热，有的采光罩做成复杂。为了保温隔热，有的采光罩做成双层透光罩，中间为空气间层或填充保双层透光罩，中间为空气间层或填充保温材料。采光罩的特点是重量轻，构造温材料。采光罩的特点是重量轻，构造简单，防水可靠，布置灵活。国内外都简单，防水可靠，布置灵活。国内外都有许多工厂生产采光罩系列产品，这些有许多工厂生产采光罩系列产品，这些产品在轻型厂房、民用建筑中很适用。产品在轻型厂房、民用建筑中很适用。6/18/2024孙凤明66建筑光环境第三节第三节 采光设计采光设计一、设计的内容、步骤和原则一、设计的内容、步骤和原则 天然光环境的设计是与建筑方案设计天然光环境的设计是与建筑方案设计结合进行的。两者的关系及天然光环境结合进行的。两者的关系及天然光环境设计的主要内容、步骤，用图解的形式设计的主要内容、步骤，用图解的形式说明如下：说明如下：6/18/2024孙凤明67建筑光环境使用功能使用功能视觉作业视觉作业心理因素心理因素室外环境室外环境采光标准采光标准光气候光气候热工因素热工因素分析分析窗子形式窗子形式位置位置窗子大小窗子大小（采光计（采光计算）算）控光控光装置装置设计设计经济经济分析分析建筑方案建筑方案设计设计辅助照明辅助照明建筑平、剖建筑平、剖面面、，环境条件环境条件6/18/2024孙凤明68建筑光环境 着着手手设设计计之之前前。首首先先要要了了解解设设计计对对象象对对光光环环境境有有哪哪些些要要求求？建建筑筑规规划划方方案案给给昼昼光光照照明提供了什么条件？例如：明提供了什么条件？例如：视视觉觉作作业业：在在工工作作环环境境中中要要看看的的细细节节精精细细到到什什么么程程度度？作作业业对对地地辨辨认认的的难难度度及及重重要要性如何？性如何？灵灵活活性性：作作业业区区是是固固定定的的吗吗？其其他他区区域域需需要要多多少少光光线线？照照明明要要求求相相近近的的工工作作可可以以安安排排在在一一起起吗吗？照照明明要要求求高高的的作作业业能能否否设设在在顶顶层层，用天窗照明？用天窗照明？6/18/2024孙凤明69建筑光环境 综合性：综合性：照明同其他方面的条件能不照明同其他方面的条件能不能结合起来？比如，能否利用墙的反射能结合起来？比如，能否利用墙的反射改善室内光线的分布和质量？能否不设改善室内光线的分布和质量？能否不设隔断，采用开敞式平面以充分发挥窗子隔断，采用开敞式平面以充分发挥窗子的采光效能等等。的采光效能等等。使用人：使用人：有无特殊要求？如对老年人有无特殊要求？如对老年人要不要考虑较高的照明水平？要不要考虑较高的照明水平？6/18/2024孙凤明70建筑光环境 室外环境与建筑朝向：室外环境与建筑朝向：室外景物对可室外景物对可见天空的遮挡有多少？室外环境中有无可见天空的遮挡有多少？室外环境中有无可利用的反射（地面、水面等）？朝向对昼利用的反射（地面、水面等）？朝向对昼光强度和昼光利用时间的影响如何？光强度和昼光利用时间的影响如何？上述这些问题和资料是形成设计方案上述这些问题和资料是形成设计方案过程中进行正确的分析、比较和判断的基过程中进行正确的分析、比较和判断的基础。础。6/18/2024孙凤明71建筑光环境 采采光光设设计计的的核核心心是是窗窗的的设设计计。在在昼昼光光照照明明的的房房间间里里，需需要要借借助助窗窗子子形形成成有有充充分分的的照照度度。但但是是没没有有眩眩光光的的舒舒适适光光环环境境，同同时时又又要要能能通通过过窗窗子子看看到到外外部部世世界界，这这就就要要求求窗窗子子开开得大一些。得大一些。6/18/2024孙凤明72建筑光环境 然而，从热交换的观点来看，单层然而，从热交换的观点来看，单层玻璃的窗子以小为宜。如果采用复杂的玻璃的窗子以小为宜。如果采用复杂的窗结构和特种的热反射玻璃固然能两全窗结构和特种的热反射玻璃固然能两全其美，但造价是否允许又成了问题。所其美，但造价是否允许又成了问题。所以，尽管采光是窗子的首要功能，选中以，尽管采光是窗子的首要功能，选中的设计却往往是一个折衷方案，而不是的设计却往往是一个折衷方案，而不是单从采光考虑的理想方案。单从采光考虑的理想方案。6/18/2024孙凤明73建筑光环境 为为了了确确定定窗窗的的大大小小，按按照照采采光光标标准准进进行行采采光光计算，是采光设计的重要环节。计算，是采光设计的重要环节。窗窗的的形形式式、位位置置、大大小小。材材料料和和构构造造决决定定以以后后，常常常常会会发发现现采采光光质质量量不不尽尽满满意意。例例如如，由由于于日日光光射射入入室室内内而而产产生生眩眩光光，工工作作面面的的照照度或室内表面亮度不够均匀等等。度或室内表面亮度不够均匀等等。6/18/2024孙凤明74建筑光环境 有时，经过采光计算的验证，有时，经过采光计算的验证，单靠有限的开窗面积不可能达到单靠有限的开窗面积不可能达到规定的照度水平，这就需要在窗规定的照度水平，这就需要在窗口内外装设控制和调节光线的设口内外装设控制和调节光线的设备，在房间深处昼光不足的地方备，在房间深处昼光不足的地方设置辅助照明。设置辅助照明。6/18/2024孙凤明75建筑光环境 最后一个设计程序是经济分析，包括最后一个设计程序是经济分析，包括计算采光设备的初投资与使用过程中的经济计算采光设备的初投资与使用过程中的经济和节能效益。对初选的几种方案进行比较以和节能效益。对初选的几种方案进行比较以后，也许还要对原设计进行若干修改，最后后，也许还要对原设计进行若干修改，最后确定一个在光环境的质量与经济、节能效益确定一个在光环境的质量与经济、节能效益方面均属满意，建筑造型美观，又与周围环方面均属满意，建筑造型美观，又与周围环境协调的实施方案。境协调的实施方案。6/18/2024孙凤明76建筑光环境二、采光设计举例二、采光设计举例（一）中、小学教室采光设计一）中、小学教室采光设计1、教室光环境要求、教室光环境要求足够的照度足够的照度亮度分布均匀亮度分布均匀节约投资节约投资6/18/2024孙凤明77建筑光环境2、教室采光设计、教室采光设计（1 1）设计条件）设计条件满足采光标准要求：满足采光标准要求：根据根据建筑采光设计标准（建筑采光设计标准（GB/T 50033-GB/T 50033-20012001），学校建筑的采光系数标准值学校建筑的采光系数标准值必须符合表必须符合表8 82 2的规定的规定6/18/2024孙凤明78建筑光环境表表82 学校建筑的采光系数标准值学校建筑的采光系数标准值6/18/2024孙凤明79建筑光环境 对于平面对于平面6.69.06.69.0m m，层高层高3.63.6m m，砖混结构的教室而言，应尽量压砖混结构的教室而言，应尽量压缩窗间墙的大小，提高窗上沿的高缩窗间墙的大小，提高窗上沿的高度，尽量用断面小的窗框料等手法度，尽量用断面小的窗框料等手法。6/18/2024孙凤明80建筑光环境均匀的照度分布均匀的照度分布 提高窗台高度；进一步将窗上沿提至顶棚处。提高窗台高度；进一步将窗上沿提至顶棚处。条件许可时，尽量采用双侧窗采光。条件许可时，尽量采用双侧窗采光。对光线方向和阴影的要求对光线方向和阴影的要求 光线方向布置在左前方。光线方向布置在左前方。避免眩光避免眩光 设置可调节方向的百页窗帘；窗口朝北向。设置可调节方向的百页窗帘；窗口朝北向。6/18/2024孙凤明81建筑光环境（2）教室采光设计中的几个重要问题：）教室采光设计中的几个重要问题：室内装修室内装修：控制光反射比：控制光反射比标准规定的教室个表面的光反射比值标准规定的教室个表面的光反射比值6/18/2024孙凤明82建筑光环境黑板黑板 主要问题是容易出现反射眩光，解主要问题是容易出现反射眩光，解决办法有：黑板用料采用毛玻璃背涂黑色决办法有：黑板用料采用毛玻璃背涂黑色或暗绿色油漆；在易于出现眩光处设窗帘；或暗绿色油漆；在易于出现眩光处设窗帘；将黑板做成微曲面或折面；或倾斜放置黑将黑板做成微曲面或折面；或倾斜放置黑板。板。6/18/2024孙凤明83建筑光环境图图842可能出现镜面反射的区可能出现镜面反射的区域及防止措施域及防止措施6/18/2024孙凤明84建筑光环境梁和柱梁和柱 主梁的放置方向应垂直窗。主梁的放置方向应垂直窗。窗间墙窗间墙 尽量缩小其宽度。尽量缩小其宽度。6/18/2024孙凤明85建筑光环境（3）教室剖面形式）教室剖面形式侧窗采光及其改侧窗采光及其改善措施善措施图图843 改善侧改善侧窗采光效果的窗采光效果的措施措施6/18/2024孙凤明86建筑光环境天窗采光天窗采光图图844 教室中利用天窗采光教室中利用天窗采光6/18/2024孙凤明87建筑光环境CIE推荐的教室采光方案推荐的教室采光方案6/18/2024孙凤明88建筑光环境不同剖面形式的采光效果比较不同剖面形式的采光效果比较6/18/2024孙凤明89建筑光环境第四节第四节 采光计算采光计算在建筑方案设计时，对于在建筑方案设计时，对于 类光气候区类光气候区的普通玻璃单层采光窗，其采光窗洞口的普通玻璃单层采光窗，其采光窗洞口面积按表面积按表83所列的窗地面积比估算。所列的窗地面积比估算。窗地面积比（窗地面积比（ratio of glazing to floor area）：）：窗洞口面积与地面面积之比窗洞口面积与地面面积之比 6/18/2024孙凤明90建筑光环境表表83 窗地面积比窗地面积比Ac/Ad6/18/2024孙凤明91建筑光环境一、确定采光计算中所需数据一、确定采光计算中所需数据（1）房间尺寸；）房间尺寸；（2）采光口材料及厚度；）采光口材料及厚度；（3）承重结构形式及材料；）承重结构形式及材料；（4）表面污染程度；）表面污染程度；（5）室内表面反光程度。）室内表面反光程度。6/18/2024孙凤明92建筑光环境二、计算步骤及方法二、计算步骤及方法（一）侧窗采光计算一）侧窗采光计算 C CminminCCd dK Kc cKKK KK Kw wK Kf f各系数含义及取值见各系数含义及取值见P194P194196196（二）顶部采光计算二）顶部采光计算P196P1961981986/18/2024孙凤明93建筑光环境小小结结本章介绍了我国光气候特征，建筑设计本章介绍了我国光气候特征，建筑设计采光标准。采光标准。采光口的形式及其采光特点，设计中应采光口的形式及其采光特点，设计中应考虑的问题。考虑的问题。采光设计程序及其应考虑的因素。采光设计程序及其应考虑的因素。采光计算。采光计算。6/18/2024孙凤明94建筑光环境习习 题题P200 8-1P200 8-18-58-56/18/2024孙凤明95