天然采光設(shè)計(jì)是以太陽(yáng)為光源的建筑環(huán)境采光設(shè)計(jì)。天然光不僅照亮環(huán)境，使我們看清并認(rèn)知周?chē)沫h(huán)境，獲得80%人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境信息，而且日光的晝夜更迭，明暗變化，支配著人體的生物鐘，控制著生活起居周期和生命節(jié)律。陽(yáng)光還制造維生素和諸多營(yíng)養(yǎng)物，使人們保持身心健康。而且，人眼在天然光條件下比在人工光下具有更高的視覺(jué)功效因此，搞好天然光環(huán)境設(shè)計(jì)，具有十分重要的意義。它有利于節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，并可為建筑環(huán)境增“光”添“彩”。

　　一、天然采光基本知識(shí)

　　天然光特性(又稱(chēng)光氣候特征)

　　1.天然光的組成和影響因素

　　天然光源可分為直射日光和天空光兩類(lèi)：

　　(1)直射日光：太陽(yáng)光穿過(guò)大氣層，射到地面，稱(chēng)為直射日光。由于地球與太陽(yáng)相距很遠(yuǎn)，可認(rèn)為直射日光是平行射到地面的。直射日光照度大，具有方向性，會(huì)在被照物體后形成陰影;

　　(2)天空光：又稱(chēng)天空擴(kuò)散光，是部分陽(yáng)光經(jīng)過(guò)大氣層上空氣分子、灰塵、水蒸氣微粒等多次反射，在天空形成的具有一定亮度的天然光源。天空光照度較低，無(wú)一定方向，不能形成陰影;

　　(3)地面反射光：直射日光和天空光經(jīng)地面反射及地面和天空之間多次反射，使地面照度和天空亮度有所增加，這部分光源稱(chēng)地面反射光。一般在采光設(shè)計(jì)時(shí)，可不考慮地面反射光的影響;

　　(4)光氣候：指由直射日光、天空光和地面反射光形成的天然光平均狀況。

　　(5)晴天：云量占天空30%以下的無(wú)云或少云天氣。晴天地面照度由直射日光和天空光疊加形成。直射日光占90%，天空光占10%.天空最亮處在太陽(yáng)附近，太陽(yáng)亮度達(dá)20萬(wàn)熙提(sb)(1熙提=104cd/┫)，天空亮度一般為0.2～2.0熙提。離太陽(yáng)越遠(yuǎn)，亮度越低，最低值在與太陽(yáng)呈90o角處。因此，建筑物朝向?qū)Σ晒庥绊懞艽?。朝?yáng)房間面對(duì)太陽(yáng)所處的半邊天空亮度較高，室內(nèi)照度也較大;

　　(6)全云天(陰天)：天空全部為云所遮蓋的天氣。這時(shí)，無(wú)直射日光，只有天空擴(kuò)散光。

　　全云天天空的亮度分布，可按式(2-25)計(jì)算：

　　式中Lz――天頂亮度，cd/┫，它是接近地平線(xiàn)處天空亮度的3倍;

　　Lo――仰角為θ的天空亮度，cd/┫;

　　θ――計(jì)算天空亮度處的高度角(仰角)。

　　國(guó)際采光協(xié)會(huì)命名這樣的天空為CIE全陰天空。采光設(shè)計(jì)與計(jì)算都假定天空為全陰天空。

　　在全陰天空下，地平面的照度Ew用下式計(jì)算：

　　式中Ew――地面照度，lx;

　　Lz――天空亮度，cd/┫.

　　2.影響天然光的因素

　　影響天然光的因素有：太陽(yáng)高度角、云量、云狀、日照率、地理緯度以及海拔高度等。

　　3.采光標(biāo)準(zhǔn)

　　(1)采光系數(shù)：采光系數(shù)C是指室內(nèi)給定水平面上某一點(diǎn)由全陰天天空光所產(chǎn)生的照度(En)與同一時(shí)間同一地點(diǎn)，在室外無(wú)遮擋水平面上由全陰天天空光所產(chǎn)生的照度(Ew)的比值，即利用采光系數(shù)，可根據(jù)室內(nèi)照度標(biāo)準(zhǔn)換算出所需的室外照度，或由室外照度求出室內(nèi)照度。

　　(2)采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值

　　采光標(biāo)準(zhǔn)將視覺(jué)工作分為I～V級(jí)，并規(guī)定各等級(jí)天然光照度最低值分別為250，150，100，50及25lx.定義室內(nèi)完全利用天然光工作時(shí)的室外天然光最低照度為“臨界照度”，其值為50001x.根據(jù)臨界照度值，可將室內(nèi)天然光照度換算成采光系數(shù)。由于不同采光口類(lèi)型在室內(nèi)形成不同的光分布，故采光標(biāo)準(zhǔn)依照不同采光口類(lèi)型，提出不同的要求。頂部采光時(shí)，采用平均值。側(cè)面采光時(shí)，室內(nèi)光線(xiàn)變化大，故規(guī)定用采光系數(shù)最低值。

　　注：

　　1.兼有側(cè)窗和天窗的混合采光，側(cè)窗取采光系數(shù)最低值Cmin(%)，天窗取采光系數(shù)平均值Cav(%);

　　2.計(jì)算點(diǎn)的確定，單側(cè)窗取窗對(duì)面距內(nèi)墻1m的點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn);矩形天窗當(dāng)為單跨或邊跨時(shí)取距外墻內(nèi)面lm處的點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn)，其余情況按《民用建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的附錄B確定;

　　3.亮度對(duì)比小的Ⅱ、Ⅲ級(jí)視覺(jué)作業(yè)，其采光等級(jí)可提高一級(jí)采用。

　　4.光氣候分區(qū)

　　我國(guó)各地光氣候有很大區(qū)別，如采用同一采光標(biāo)準(zhǔn)顯然是不合理的。因此，采光標(biāo)準(zhǔn)將我國(guó)劃分為I～V個(gè)光氣候區(qū)，用光氣候系數(shù)與相應(yīng)室外臨界照度表示各區(qū)天然光照度的高低，其中，天然光最豐富的地區(qū)是西北和北部地區(qū)，向南逐步降低，四川盆地最低。各區(qū)具體的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值為采光標(biāo)準(zhǔn)所列的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值乘上光氣候系數(shù)。

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