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不同采光頂形式建筑光環(huán)境模擬淺析

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不同采光頂形式建筑光環(huán)境模擬淺析

摘要:為探究不同形式的采光頂對室內(nèi)光環(huán)境的影響,本文以沈陽某具有采光頂?shù)慕ㄖ榻ㄖ?,分別列舉了市面上普遍的3種采光頂形式,分別為平頂型、圓弧形、坡型3種形式,從采光系數(shù)、光照時(shí)間、采光均勻度3個方面來分析對比采光頂形式的不同,室內(nèi)光環(huán)境的變化,為今后具有采光頂?shù)?a href="http://m.saumg.com/lunwen/jzxslw/181742.html" target="_blank">建筑設(shè)計(jì)之初提供一個參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞:采光頂;光環(huán)境;采光系數(shù);采光均勻度

采光頂作為改善進(jìn)深大建筑室內(nèi)采光的一項(xiàng)有效技術(shù)措施,近年來應(yīng)用越來越廣泛。玻璃采光頂是一種以改善室內(nèi)光環(huán)境為主要目的的建筑屋頂?shù)慕ㄔ煨问?,由于采光頂具有視覺效果佳、結(jié)構(gòu)簡單、減少燈光布置等優(yōu)點(diǎn),在公眾建筑設(shè)計(jì)中很受設(shè)計(jì)師歡迎,出現(xiàn)頻率極高,其中最主要的應(yīng)用場所有商場、體育館、火車站等。不同的采光頂形式下的室內(nèi)光環(huán)境有著一定的差別,本文探究平頂型、穹頂型、坡型3種形式下采光頂?shù)氖覂?nèi)光環(huán)境的差異,選擇適合該建筑的最佳的采光頂形式。

1模型建立

本文以沈陽市某具有采光頂結(jié)構(gòu)的商場為原型,該原型的建筑尺寸為長140m,寬100m,高22.5m,共5層,1~5層層高均為5.5m,建筑總面積14000m2,體型系數(shù)為0.123,通過查閱公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),該建筑屬于甲類公共建筑,規(guī)范對每一類型的建筑都有各自的要求,該類建筑每一面的窗墻比應(yīng)≤0.6,若屋頂有透光部分,則該部分的建筑面積應(yīng)小于屋頂總面積的20%。該建筑采光頂尺寸為長35m,寬25m,具有2個尺寸相同的采光頂,采光頂總面積為1750m2,滿足節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求,內(nèi)部結(jié)構(gòu)為具有不同功能類型的房間若干個,每個房間各自獨(dú)立,側(cè)墻不透光,基礎(chǔ)設(shè)施完善。

1.1模擬條件設(shè)置

1.1.1模擬條件設(shè)置。冬至日為全年中太陽高度角最小,太陽光掃過的面積也是最小的,所以冬至日為最不利條件,該天滿足條件,則全年都可滿足。1.1.2玻璃材質(zhì)選擇玻璃的熱工性能對采光頂有直接的影響,目前市場上大多數(shù)普通玻璃的熱工性能較差,所以有很大的可能會在玻璃表面產(chǎn)生露水,而且北方冬季室內(nèi)外的溫度差比較大,普通玻璃的內(nèi)表面極易達(dá)到空氣的露點(diǎn)溫度而產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象,從而產(chǎn)生冷凝水,冷凝水對玻璃有著極強(qiáng)的腐蝕作用,故為避免該種不利情況產(chǎn)生,結(jié)合大量文獻(xiàn),找到解決方案為增加玻璃的層數(shù),采用復(fù)合中空玻璃來提高采光頂?shù)臒峁ば阅?。根?jù)規(guī)范規(guī)定,該類建筑的采光頂玻璃材質(zhì)的傳熱系數(shù)應(yīng)≤2.3,側(cè)窗玻璃材質(zhì)的取值為≤1.7。具體參數(shù)如下:選取中空夾層玻璃,傳熱系數(shù)K=2.3,側(cè)窗玻璃的傳熱系數(shù)K=1.5。1.1.3墻體、屋面材質(zhì)設(shè)置。通過查閱相關(guān)規(guī)范,得到該地區(qū)該類建筑的各項(xiàng)參數(shù)的規(guī)定值,甲類公共建筑嚴(yán)寒C區(qū),外墻材質(zhì)的傳熱系數(shù)應(yīng)≤0.43,屋面材質(zhì)的傳熱系數(shù)應(yīng)≤0.35。具體參數(shù)見表1、表2。

1.2建立模型

根據(jù)上述模擬條件,采用Ecotect軟件建立數(shù)學(xué)模型,Ecotect是一項(xiàng)可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)分析軟件,Eco-tect軟件可以對室內(nèi)的光環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的分析與計(jì)算,可設(shè)置多種不同工況,模擬不同情景,同時(shí)可以得到采光系數(shù)、光照時(shí)間等室內(nèi)光環(huán)境評價(jià)指標(biāo)。在建筑中,由于太陽在天空中的位置無時(shí)無刻不在變化,而且不確定因素干擾較多,光環(huán)境極其復(fù)雜,若對建筑每個時(shí)間段都進(jìn)行模擬工作量很大,故模型的采光分析中采用的是最不利的情況進(jìn)行采光分析,最不利情況為陰天情況,模型建立如圖1~3。

2室內(nèi)光環(huán)境模擬

本文分析的室內(nèi)光環(huán)境主要從以下3個方面來評價(jià),分別為采光系數(shù)、光照時(shí)間、光照均勻度。通俗來講,采光系數(shù)是指在有遮擋建筑物里的某一點(diǎn),與室外同一水平面無遮擋的同一點(diǎn),在同一時(shí)間接收到太陽照度的比值。某一平面上的一點(diǎn),受太陽光照射的時(shí)間稱之為光照時(shí)間。光照均勻度是參考平面上的采光系數(shù)最低值與平均值之比。

2.1室內(nèi)光環(huán)境評價(jià)方法

根據(jù)上述3個室內(nèi)光環(huán)境評價(jià)指標(biāo),查閱相關(guān)文獻(xiàn)及規(guī)范,整理得到具體限制值,如表3。按照規(guī)范規(guī)定,工業(yè)建筑以距離地面1m為基準(zhǔn)面,民用建筑選取的基準(zhǔn)面為距離地面0.75m,公用建筑以地面為基準(zhǔn)面。本建筑類型為公共建筑中的商業(yè)建筑,故選取每一層的地面為確定采光系數(shù)的基準(zhǔn)面,采光系數(shù)最高不宜超過7%。光照時(shí)間理論上不小于2h。對于具有頂部采光需求的建筑,每一等級的光照均勻度均應(yīng)≥0.7。

2.2采光頂形式對光環(huán)境的影響分析

運(yùn)用軟件分別對平頂型采光頂、圓弧型采光頂以及坡型采光頂進(jìn)行模擬,在保證其它條件都相同的情況下,通過改變采光頂?shù)男问綄哂胁煌愋筒晒忭數(shù)慕ㄖM(jìn)行光環(huán)境模擬分析,分別對采光系數(shù)、光照時(shí)間、光照均勻度進(jìn)行模擬對比分析。通過模擬,得出的模擬結(jié)果見圖4~6。

3光環(huán)境模擬分析結(jié)果

從以上采光系數(shù)、光照時(shí)間、采光均勻度的數(shù)據(jù)整理來看,平型采光頂、圓弧形采光頂、坡型采光頂?shù)牟晒庀禂?shù)大致相同,沒有特別大的變化,隨著樓層的增加,采光系數(shù)不斷增加,3種形式的采光系數(shù)較規(guī)范規(guī)定超出一小部分,應(yīng)采用適當(dāng)?shù)恼陉柺侄芜M(jìn)行調(diào)節(jié);從光照時(shí)間上來看,每一層的光照時(shí)間隨著樓層的增加不斷增加,這是由于樓層越高,陽光的散射越大,光照時(shí)間更長,3種形式的采光頂中,平頂型采光頂?shù)墓庹諘r(shí)間要優(yōu)于圓弧形采光頂和坡型采光頂;圖6是采光均勻度的數(shù)據(jù)整理圖,每一層分別取了256個測點(diǎn)進(jìn)行采光均勻度的分析,得出的結(jié)論為平頂型采光頂和坡型采光頂?shù)木鶆蚨认噍^于圓弧形采光頂?shù)囊茫粚拥牟晒饩鶆蚨认噍^于其它層來說較好,這是由于一層距離采光頂較遠(yuǎn),接收到陽光有限,與其它沒有采光頂?shù)奈恢媒邮盏降年柟獯笾孪嗤?。綜上所述,平頂型采光頂與坡型采光頂?shù)氖覂?nèi)光環(huán)境與圓弧形采光頂相比較好,從整體數(shù)據(jù)來看,平頂型采光頂更加適合該建筑模型。

作者:金姍 單位:沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院