建筑物理第三講天然光環(huán)境(一)-晝光光源與采光課件

第三講：天然光環(huán)境

（一）-晝光光源與采光1第三講：天然光環(huán)境

（一）-晝光光源與采光1本講主要內(nèi)容：3.1天然光環(huán)境概述3.2光氣候與采光標準3.2.1、光氣候3.2.2、采光標準（采光設計標準）------天然光環(huán)境的質(zhì)量評價3.3采光口（采光窗）3.3.1、側(cè)窗3.3.2、天窗3.3.2.1、矩形天窗3.3.2.2、橫向天窗3.3.2.3、鋸齒形天窗

3.3.2.4、平天窗

2本講主要內(nèi)容：2太陽是生命之源，它以無盡的光和熱哺育大地。是一種巨大的安全的清潔光源。

3.1天然光環(huán)境--------------------概述早在古人學會建造房屋時起，他們就掌握了在屋頂或墻壁上開洞收集天然光照明的方法。

古羅馬萬神廟巨大穹頂上直徑近9m的圓洞和我國民居常用的面積不到一尺見方的亮瓦，都顯示了前人采光的智慧．近代著名的建筑大師，如萊特、勒·柯布西埃、路易斯·康等人的許多作品，更是運用晝光照明和渲染氣氛的杰作。3太陽是生命之源，它以無盡的光和熱哺育大地。是一種巨大羅馬的萬神廟

哈德良皇帝于公元120年~公元124年在意大利羅馬興建了萬神廟，作為奉祀諸神的神殿。這座顯示了古羅馬人卓越工程技術的建筑物，給人們留下了深刻的印象。

萬神廟穹頂直徑43米的記錄直到20世紀還未被打破。如此規(guī)模的穹頂通常需要一些支撐物，但古羅馬人精通如何建造拱形屋頂而不需要柱子支撐的技術。雖然古羅人不是拱門的首創(chuàng)者，但他們是最早認識拱門用途的人。

穹頂?shù)膱A眼（一直徑為8.2米的采光圓孔——澤注）使陽光瀉入萬神廟。廟內(nèi)的地面和墻壁均用色彩鮮明的大理石建成。天然光環(huán)境-------------------------概述4羅馬的萬神廟

哈德良皇帝于公元120年~公元124金貝爾美術館--路易斯?康美術館是一個將天然采光設計和空間造型相結(jié)合的經(jīng)典范例！5金貝爾美術館--路易斯?康5七十年代以來，節(jié)能的緊迫性和重視環(huán)境設計的新觀念，對采光科學技術有很大的推動?，F(xiàn)在人們已經(jīng)能夠幾乎任意地控制天然光。我們可以用巨大的玻璃頂棚將一個中庭或大廳覆蓋起來，模擬晴日當空、四季如春的大自然；也可以借助隨太陽運行軌跡自動控制的遮陽裝置完全遮蔽陽光，造成光線柔和宜人、照度穩(wěn)定的工作環(huán)境。前幾年曾經(jīng)有人設想，用集日鏡將日光收集起來．通過光導纖維輸送到地下或建筑物深處的采光裝置；目前，這種設想已經(jīng)成為現(xiàn)實，它預示著建筑采光技術在不久的將來會有更快的發(fā)展。天然光環(huán)境--------------------概述6七十年代以來，節(jié)能的緊迫性和重視環(huán)境設計的新觀念，對采光科學建筑物充分利用晝光照明的意義:

近年來的許多研究表明，太陽的全光譜輻射，是人們在生理上和心理上長期感到舒適滿意的關鍵因素，不僅可以獲得較高的視覺功效，節(jié)約能源和費用，而且很可能還是一項長遠的保護人體健康的措施。另外，多變的天然光又是表現(xiàn)建筑藝術造型、材料質(zhì)感，渲染室內(nèi)環(huán)境氣氛的重要手段。所以，無論從環(huán)境的實用性、還是美觀的角度，都要求建筑師對晝光的利用做認真的規(guī)劃，掌握設計天然光環(huán)境的知識和技巧。天然光環(huán)境------------------------------概述7建筑物充分利用晝光照明的意義:天然光環(huán)境----------晝光的組成日光——變化很快，在采光計算中不考慮。

天空光——相對穩(wěn)定，建筑采光的主要光源。

在采光設計中，我們提到晝光（天然光）往往指的是天空光．它是建筑采光的主要光源。直射日光強度極高，變化很快，為防止眩光或避免房間過熱，工作房間常需要遮蔽日光，所以在采光計算中一般不考慮直射日光的奉獻。不過，室內(nèi)照進直射日光也有積極的作用，變化不定的光束會增添室內(nèi)環(huán)境的情趣，使人有接觸大自然的感受，給人以時間的信息．8晝光的組成日光——變化很快，在采光計算中不考慮。

3.2光氣候與采光標準在天然采光的房間里，室內(nèi)的光線隨著室外天氣的變化而改變，要設計好室內(nèi)采光，保證光需要，就需了解光氣候知識。3.2.1、光氣候：是由太陽直射光、天空擴散光和地面反射光形成的天然光平均狀況。1、天然光的組成a、太陽直射光：太陽光穿過大氣層時，直接透過射到地面的光。直射光照度大、有方向，在物體背后形成陰影。b、天空擴散光：太陽光穿過大氣層時，碰到大氣層中的空氣分子、灰塵、水蒸氣等微粒，產(chǎn)生多次反射，形成天空擴散光。天空擴散光使天空具有一定的亮度，在地面上形成的照度較小，無方向、不形成陰影。

全云天時只有天空擴散光；晴天時室外天然光有太陽直射光和天空擴散光兩部分組成。93.2光氣候與采光標準在天然采光的房間里，室內(nèi)的光線隨著室外2、不同天氣室外光氣候的變化地面照度來源于日光和天空光，其比例隨太陽高度與天氣（天空中的云和云是否將太陽遮?。┒兓?，通常，按照天空中云的覆蓋面積將天氣分為三類：晴天-------云覆蓋天空的面積占0~3/10多云天-------云占4/10~7/10全陰天--------云占8/10~10晴天地面照度主要來自直射日光，隨著太陽高度角的增大，直射日光照度在總照度中占的比例也加大。全陰天則幾乎完全是天空擴散光照明。多云天介于二者之間，太陽時隱時現(xiàn)，照度很不穩(wěn)定。102、不同天氣室外光氣候的變化晴天地面照度主要來自直射日光，隨3、天空亮度分布國際照明委員會（CIE）根據(jù)世界各地對天空亮度觀測的結(jié)果，提出三種天空亮度分布的數(shù)學模型，供設計人員在采光設計中使用。①均勻天空亮度分布天空各方向亮度一致。這是一種假想的、理論上的天空狀況，只在簡化的采光設計中才考慮。②CIE標準全陰天空（全云天）

CIE標準全陰天空適合于最低限度條件的采光設計。它符合世界各地對實際全陰天空觀測的結(jié)果，數(shù)學表達式簡單，應用廣泛，我國也采用這類天空作為采光設計的依據(jù)。113、天空亮度分布國際照明委員會（CIE）根據(jù)世界從左式推算：天頂亮度約為地平線附近天空亮度的3倍。CIE標準全陰天空（全云天）這種天空在同一高度的不同方位上亮度相等，但從地平面到天頂?shù)牟煌叨壬嫌幸韵碌牧炼茸兓?guī)律：12從左式推算：天頂亮度約為地平線附近天空亮度的3倍。CIE標準全云天氣地面照度較低。地面照度取決于：

（1）太陽高度角。陰天中午仍然比早晚的照度高。

（2）云狀。不同的云成分不同，對光線的影響也不同。低云（如下雨時的云）云層厚，主要有水蒸氣組成，遮擋和吸收大量的光線，使天空的亮度降低，地面照度小。高云有冰晶組成，反光能力強，使天空亮度達到最大，地面照度也高。

（3）地面反射能力。光在云層和地面間多次反射，使天空亮度增加，地面上的擴散光照度也提高，積雪地面，擴散光照度比無雪時提高1倍以上。

（4）大氣透明度。工業(yè)區(qū)煙塵使大氣雜質(zhì)增加，大氣透明度降低，室外照度大大降低。13全云天氣地面照度較低。13③晴天天空亮度分布：

是隨大氣透明度、太陽和計算點在天空中的相對位置而變，最亮處在太陽附近，離太陽愈遠，亮度愈低。

另外，晴天同陰天相反，除去太陽附近的天空最亮以外，通常在地平線附近的天空要比天頂亮；與太陽相距約90度高度角的對稱位置上，天空亮度最低。CIE晴天天空14③晴天天空亮度分布：

是隨大氣透明度、太陽和計算點4、我國光氣候概況：影響室外地面照度的因素：太陽高度、云量、云狀、日照率等。日照率（太陽出現(xiàn)的時數(shù)和可能出現(xiàn)的時數(shù)之比），由北、西北往東南方向逐漸減少，四川盆地一帶為最低。云量，由北向南逐漸增多，新疆南部最少，華北、東北少，長江中下游較多。云狀，南方低云，向北逐漸以高、中云為主。天然光照度中，南方以天空擴散光照度較大，北方和西北以太陽直射光為主。全國年平均總照度分布圖：各地光氣候的分布趨勢，全年平均總照度最低值在四川盆地，因為該地區(qū)全年日照率低、云量多、低云所致。154、我國光氣候概況：15全國年平均總照度分布圖(Klx)16全國年平均總照度分布圖(Klx)163.2.2、采光標準（采光設計標準）

------天然光環(huán)境的質(zhì)量評價采光設計標準是評價天然光環(huán)境的質(zhì)量準則，也是進行采光設計的主要依據(jù)。2001-07-31由國家建設部和質(zhì)檢局聯(lián)合發(fā)布的《建筑采光設計標準》（GB/T50033—2001)，是在國家標準GB50033-91的基礎上，總結(jié)了居住和公共建筑采光的經(jīng)驗，通過實測調(diào)查，并參考了國內(nèi)外的建筑采光標準而制訂的天然光照明質(zhì)量評價的主要內(nèi)容：------采光標準

1、采光系數(shù)：是室內(nèi)某一點直接或間接接受天空光所形成的照度與同一時間不受遮擋的該天空半球在室外水平面上產(chǎn)生的照度之比。兩個照度值均不包括直射日光的作用。在利用天然光照明的房間里，室內(nèi)照度隨著室外照度而時刻變化著，因此在確定室內(nèi)天然光照度水平時，必須把它同室外照度聯(lián)系起來考慮。173.2.2、采光標準（采光設計標準）

采光系數(shù)的符號為C采光設計中引進采光系數(shù)的概念很有好處。因為，在給定的天空亮度分布下，計算點和窗子的相對位置、窗子的幾何尺寸確定以后，無論室外照度如何變化，計算點的采光系數(shù)總保持不變。如想知道某一采光系數(shù)在室內(nèi)達到多高照度，只要把采光系數(shù)乘以當時的室外天空漫射光照度就行了。2、采光系數(shù)標準值

不同情況的視看目標要求不同的照度，而照度在一定范圍內(nèi)是愈高愈好，照度越高，工作效率越高。但高照度投資大、費用高，故照度的確定需考慮視覺工作的需要，又要顧經(jīng)濟上的可能性和技術上的合理性。18采光系數(shù)的符號為C采光設計中引進采光系數(shù)的概念很有好處。因

采光標準：將視覺工作分為Ⅰ~Ⅴ級，提出了各級視覺工作要求的天然光照度最低值為250、150、100、50、25Ix。采光系數(shù)標準值（

GB/T50033—2001）見P6-7頁表8-2本表適用于我國Ⅲ類光氣候區(qū)表中由于側(cè)面采光房間故采光系數(shù)標準用最低值。頂部采光室內(nèi)的天然光照度能達到相當好的均勻度，采光系數(shù)取平均值作為標準。19采光標準：采光系數(shù)標準值（GB/T50033—2001）臨界照度：臨界照度是人為設定的一個照度值。當室外照度高于臨界照度時，才考慮室內(nèi)完全用天然光照明，當?shù)扔诨蛐∮谂R界照度時，室內(nèi)要開始采用人工照明。室外的有效照度，或室內(nèi)天然光照度等于采光標準規(guī)定的標準值時的室外照度叫臨界照度。采光標準規(guī)定臨界照度值為5000Ix（適合Ⅲ類光氣候區(qū)）。確定這一值后就可將室內(nèi)天然光照度換算成采光系數(shù)（見表8-2）。3、光氣候分區(qū)我國地域遼闊，各地光氣候有很大區(qū)別，在采光設計中不可能采用同一標準，GB/T50033—2001將全國劃分為Ⅰ~Ⅴ類光氣候區(qū)，不同的光氣候分區(qū)有不同的光氣候系數(shù)K,見表8-3。20臨界照度：3、光氣候分區(qū)20光氣候系數(shù)K表8-3各光氣候分區(qū)的采光系數(shù)標準值：=表8-2所列值×K值光氣候分區(qū)圖21光氣候系數(shù)K表8-3各光氣候分區(qū)的采光系數(shù)標準值：光氣候分4、照度均勻度視野內(nèi)照度分布不均勻，易使人眼疲勞，視功能下降，影響工作效率。照度均勻度以工作面上的[對于站立的工作人員水平面距地0.90m，坐著的人是075m(或0.8m)]最低照度與平均照度之比表示（或采光系數(shù)最低值與平均值之比），不得低于0.7。CIE建議的數(shù)值是0.8。此外，CIE還建議工作房間內(nèi)交通區(qū)域的平均照度一般不應小于工作區(qū)平均照度的1/3。相鄰房間的平均照度相差不超過5倍。5、眩光限制當直接或通過反射看到燈具、窗戶等亮度極高的光源，或者在視野中出現(xiàn)強烈的亮度對比時（先后對比或同時對比），就會感受到眩光。眩光可以損害視覺，也能造成視覺上的不舒服感。當側(cè)窗位置較低，對于工作視線處于水平的場所極易形成不舒服眩光。故標準提出了側(cè)窗不舒適眩光評價標準，見表8-4。頂部采光口位置高，常處于視野之外，不易引起眩光，標準未作限制。224、照度均勻度5、眩光限制223.3采光口（采光窗）窗是建筑物的主要采光設備。窗的功能：第一是引進天然光，第二是溝通室內(nèi)外的視線聯(lián)系，第三是用于控制自然通風。窗的形式——采光設計的核心是窗的設計按照窗所處的位置，可將窗分為側(cè)窗和天窗兩大類，采光分為側(cè)面采光和頂部采光。有的建筑同時兼有側(cè)窗和天窗，其采光稱為混合采光。3.2.1、側(cè)窗

是在房間的一側(cè)或兩側(cè)墻上開的采光口，由于側(cè)窗構造簡單、維修方便、光線具有明確的方向性，有利于形成陰影，使人的容貌和立體物件形成良好的光影造型，并可擴大視野，故是最常見的采光形式。側(cè)窗一般放置在1m左右高度，窗臺提高到2m以上時稱高側(cè)窗。233.3采光口（采光窗）窗是建筑物的主要采光設備。窗的功能窗的形式——采光設計的核心是窗的是設計采光量（室內(nèi)各點照度總和），在采光口面積相等，窗低標高一致時，正方形窗最大，豎長方形次之，橫長方形最少。照度均勻度，豎長方形窗在房間進深方向上好，橫長方形窗在房間寬度方向上較均勻。24窗的形式——采光設計的核心是窗的是設計采光量（室內(nèi)各點照度總RADIANCEImages25RADIANCEImages2526262727窗位置的高低----------影響房間進深方向上的采光均勻度圖中，曲線表示工作面上不同點的采光系數(shù)，同一曲線的采光系數(shù)相同。低窗時，近窗處照度很高，往里迅速下降，在內(nèi)墻處照度很低。當窗位置提高后，近窗處照度下降，遠離窗口處照度提高，均勻性改善很大。窗的不同位置對室內(nèi)采光的影響28窗位置的高低----------影響房間進深方向上的采光均勻減少窗面積的方式不同，室內(nèi)采光量有不同的變化。窗上沿高度不變，提高窗臺減少面積，近窗處照度明顯下降，室內(nèi)深處變化不大。窗臺高度不變，上沿高度變化減少面積，近窗處照度變小，離窗遠處照度下降逐漸明顯。29減少窗面積的方式不同，室內(nèi)采光量有不同的變化。窗上沿高度不變陰天時，窗口朝向?qū)κ覂?nèi)采光狀況無影響；晴天時，不同朝向的房間，室內(nèi)采光狀況不同。a、晴天窗口朝陽時的室內(nèi)照度分布；b、陰天時的室內(nèi)照度分布；c、晴天窗口背陰時的室內(nèi)照度分布。a、晴天時雙側(cè)窗口對著亮度不同的天空，室內(nèi)兩側(cè)照度不對稱；b、陰天雙側(cè)窗照度按中間對稱分布。30陰天時，窗口朝向?qū)κ覂?nèi)采光狀況無影響；a、晴天窗口朝陽時的室北方地區(qū)，外墻較厚，擋光較大，為了減少擋光，將靠窗的墻做成喇叭口，能較少遮擋，而且斜面上的亮度較外墻內(nèi)表面亮度增加----過渡平面，可改善室內(nèi)的亮度分布，提高采光質(zhì)量。側(cè)窗只能保證有限深度的采光要求，深度不超過窗高的二倍。更深的地方已采用人工照明補充，注意：31北方地區(qū)，外墻較厚，擋光較大，為了減少擋光，將靠窗的墻做成喇克服側(cè)窗采光照度變化劇烈，提高房間深處的照度的措施：1、提高窗位置，可提高房間深處的照度，均勻性能得到很大改善。2、采用乳白玻璃、玻璃磚等擴散透光材料，或采用將光線折射至頂棚的折射玻璃，提高房間深度的照度，利于加大房間進深，降低造價。32克服側(cè)窗采光照度變化劇烈，提高房間深處的照度的措施：1、提高天然光的控制與調(diào)節(jié)33天然光的控制與調(diào)節(jié)333、采用傾斜頂棚，接受更多的天然光，提高頂棚亮度，使頂棚成為照射房間深處的第二光源。4、在多層建筑中，側(cè)窗位置較低時，將上面幾層往里收，增加一些反射屋面，當屋面刷白時，對上一層室內(nèi)采光效果明顯。5、在晴天多的地區(qū)，朝北房間采光不足，將對面建筑（南向）立面處理淺色，使墻面成為一個亮度高的反射光源，增加北向房間的采光量。343、采用傾斜頂棚，接受更多的天然光，提高頂棚亮度，使頂棚成為大進深辦公樓采用傾斜頂棚的實例辦公室采光方案35大進深辦公樓采用傾斜頂棚的實例辦公室采光方案35側(cè)窗位置較低，人眼很易見到明亮的天空，形成眩光，為了減少側(cè)窗的眩光，可采用水平擋板、窗簾、百頁、綠化等辦法減少眩光。醫(yī)院病房，成功的采光設計方案36側(cè)窗位置較低，人眼很易見到明亮的天空，形成眩光，為了減少側(cè)窗37373838393940403.3.2、天窗：采光系數(shù)最高值一般在跨中，最低值在柱子處。由于天窗布置在屋頂上，位置較高，處在視野范圍外，不易形成眩光；另外，便于組織自然通風。3.3.2.1、矩形天窗在單層工業(yè)廠房中，矩形天窗應用很普遍，它實質(zhì)上相當于提高位置的成對高側(cè)窗。413.3.2、天窗：采光系數(shù)最高值一般在跨中，最低值在柱子處

矩形天窗的采光效率（進光量與窗洞面積的比）決定于窗子與房間剖面尺寸的關系：1）、天窗寬度（bmo）（天窗跨度）：對照度水平和照度均勻度都有影響，在一定范圍內(nèi)加大跨度能提高平均照度并改善均勻度；但超過限度會造成鄰跨間天窗的互相遮擋。合適的比例應為

bmo=0.4~0.6b2）、天窗位置的高度（hx）:天窗下沿至工作面的高度。hx愈高則照度愈低，但均勻度變好；天窗低，效果正相反。從采光角度來看，一般以之間。Bd----天窗間距42矩形天窗的采光效率（進光量與窗洞面積的比）決定于窗子與房間3）、天窗間距（bd）:指天窗軸線間距離。從照度均勻性來看，它愈小愈好，但這樣天窗數(shù)量增加，構造復雜，不能太密。一般小于天窗位置高度的4倍以內(nèi)。4）、相鄰天窗玻璃間距（bg）:若太近，則相互擋光，影響室內(nèi)照度，其值一般取相鄰天窗高度和的1.5倍。5）、窗子的傾斜度：窗子仰面傾斜設置能增大采光量。與水平面成60度的“梯”形天窗，比相等面積的矩形天窗，可提高工作面照度40~60%，但易積塵積雪，射進日光，要根據(jù)情況權衡得失。以上幾種尺度是相互影響的，在設計時應綜合考慮。對于矩形天窗，窗面積和地板面積的比值（稱窗地比）增加到35%時，室內(nèi)照度不再增加。這種天窗常用于中等精度工作，以及車間內(nèi)有一定通風要求時采用。433）、天窗間距（bd）:指天窗軸線間距離。從照度均勻性來看，3.3.2.2、橫向天窗（橫向矩形天窗）

橫向矩形天窗是將屋面板隔跨分別設在屋架上弦和下弦位置，窗扇立在屋架外側(cè)，緊貼屋架，也成下沉式天窗。這種天窗省去了天窗架，但施工復雜。橫向采光均勻度好，自然通風效果好，適合熱車間。據(jù)有關資料介紹，橫向天窗的造價僅為矩形天窗的62%，而采光效果則和矩形天窗差不多。橫向天窗不宜用于跨度較小的車間。為了減少直射陽光射入車間，應使車間的長軸朝向南北，這樣，玻璃面也就朝向南北，有利于防止陽光直射。443.3.2.2、橫向天窗（橫向矩形天窗）橫向矩3.3.2.3、鋸齒形天窗鋸齒形天窗的特點是屋頂傾斜，可以利用頂棚的反射光，采光效率比矩形天窗約高15~20%。當窗口朝北布置時，完全接受北向天空漫射光，光線穩(wěn)定，直射日光不會照進室內(nèi)，因而減小了室內(nèi)溫濕度的波動及眩光。鋸齒形天窗非常適于在紡織車間、美術館等建筑使用。多垮的大面積鋸齒形天窗都從單一方向進光，光的方向性強，面向天窗和背向天窗的垂直面照度有較大的差異，為此，一方面要盡量提高頂棚反射率，增加反射光強度，另一方面，機器設備、貨架等要與天窗方向成90度布置,避免與天窗平行.天窗間距應不超過天窗下沿高度的2~2.2倍，以保證工作面的晝光照度均勻。453.3.2.3、鋸齒形天窗鋸齒形天窗的特點是屋頂傾斜，可以利鋸齒形天窗——充分利用頂棚的反射光天窗間距應不超過天窗下沿高度的2~2.2倍，46鋸齒形天窗天窗間距應不超過天窗下沿高度的2~2.2倍，463.3.2.4平天窗

這種天窗是在屋面直接開洞，鋪上透明材料（如鋼化玻璃、夾絲平板玻璃、玻璃鋼、塑料等）。平天窗用于坡屋面，也可用于坡度較小的屋面上?？勺龀刹晒庹?、采光板、采光帶。構造上比較靈活。473.3.2.4平天窗這種天窗是在屋面直接開洞，鋪上透明材料平天窗結(jié)構簡單，施工方便，其造價僅為矩形天窗的21~37%。平天窗的玻璃接近水平，它在水平面的投影面積（Sb）比同樣面積的垂直窗的投影面積（Sa）大。平天窗布置在屋面中部偏屋脊處（如b）均勻性和采光系數(shù)平均值較好。天窗間距（dc）最好保持在窗位置高度（hx）的2.5倍的范圍內(nèi)，以保證必要的均勻性。48平天窗結(jié)構簡單，施工方便，其造價僅為矩形天窗的21~37%。由于防水和安裝采光罩的需要，在平天窗開口周圍都需設置一定高度的肋，稱為井壁。井壁高度和井口面積的比例影響采光口的采光效率。井口面積相對于井壁高度愈大，則進光愈多。將井壁做成傾斜的辦法，不僅能增加采光量，還能改善采光均勻度49由于防水和安裝采光罩的需要，在平天窗開口周圍都需設置一定高度平天窗玻璃一般做成固定，在需要通風的車間，應另設通風屋脊或通風孔，通風孔和采光口離遠一點較好，以減少由通風口氣流中的灰塵在玻璃上堆積。熱帶地區(qū)使用平天窗，日光很容易長時間照射室內(nèi)，不僅產(chǎn)生眩光,而且夏季強烈的熱輻射使室內(nèi)溫度過熱，要采用遮陽，加強通風降溫。北方寒冷地區(qū)，冬季在玻璃內(nèi)表面會出現(xiàn)凝結(jié)水，應將玻璃傾斜成一定角度，使水滴沿著玻璃面流到邊沿，滴到特制的水溝里。也可用雙層玻璃以提高玻璃內(nèi)表面溫度，既可避免冷凝水，又可減少熱損耗50平天窗玻璃一般做成固定，在需要通風的車間，應另設通風屋脊或通515152525353謝謝！54謝謝！54演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！第三講：天然光環(huán)境

（一）-晝光光源與采光56第三講：天然光環(huán)境

（一）-晝光光源與采光1本講主要內(nèi)容：3.1天然光環(huán)境概述3.2光氣候與采光標準3.2.1、光氣候3.2.2、采光標準（采光設計標準）------天然光環(huán)境的質(zhì)量評價3.3采光口（采光窗）3.3.1、側(cè)窗3.3.2、天窗3.3.2.1、矩形天窗3.3.2.2、橫向天窗3.3.2.3、鋸齒形天窗

3.3.2.4、平天窗

57本講主要內(nèi)容：2太陽是生命之源，它以無盡的光和熱哺育大地。是一種巨大的安全的清潔光源。

3.1天然光環(huán)境--------------------概述早在古人學會建造房屋時起，他們就掌握了在屋頂或墻壁上開洞收集天然光照明的方法。

古羅馬萬神廟巨大穹頂上直徑近9m的圓洞和我國民居常用的面積不到一尺見方的亮瓦，都顯示了前人采光的智慧．近代著名的建筑大師，如萊特、勒·柯布西埃、路易斯·康等人的許多作品，更是運用晝光照明和渲染氣氛的杰作。58太陽是生命之源，它以無盡的光和熱哺育大地。是一種巨大羅馬的萬神廟

哈德良皇帝于公元120年~公元124年在意大利羅馬興建了萬神廟，作為奉祀諸神的神殿。這座顯示了古羅馬人卓越工程技術的建筑物，給人們留下了深刻的印象。

萬神廟穹頂直徑43米的記錄直到20世紀還未被打破。如此規(guī)模的穹頂通常需要一些支撐物，但古羅馬人精通如何建造拱形屋頂而不需要柱子支撐的技術。雖然古羅人不是拱門的首創(chuàng)者，但他們是最早認識拱門用途的人。

穹頂?shù)膱A眼（一直徑為8.2米的采光圓孔——澤注）使陽光瀉入萬神廟。廟內(nèi)的地面和墻壁均用色彩鮮明的大理石建成。天然光環(huán)境-------------------------概述59羅馬的萬神廟

哈德良皇帝于公元120年~公元124金貝爾美術館--路易斯?康美術館是一個將天然采光設計和空間造型相結(jié)合的經(jīng)典范例！60金貝爾美術館--路易斯?康5七十年代以來，節(jié)能的緊迫性和重視環(huán)境設計的新觀念，對采光科學技術有很大的推動?，F(xiàn)在人們已經(jīng)能夠幾乎任意地控制天然光。我們可以用巨大的玻璃頂棚將一個中庭或大廳覆蓋起來，模擬晴日當空、四季如春的大自然；也可以借助隨太陽運行軌跡自動控制的遮陽裝置完全遮蔽陽光，造成光線柔和宜人、照度穩(wěn)定的工作環(huán)境。前幾年曾經(jīng)有人設想，用集日鏡將日光收集起來．通過光導纖維輸送到地下或建筑物深處的采光裝置；目前，這種設想已經(jīng)成為現(xiàn)實，它預示著建筑采光技術在不久的將來會有更快的發(fā)展。天然光環(huán)境--------------------概述61七十年代以來，節(jié)能的緊迫性和重視環(huán)境設計的新觀念，對采光科學建筑物充分利用晝光照明的意義:

近年來的許多研究表明，太陽的全光譜輻射，是人們在生理上和心理上長期感到舒適滿意的關鍵因素，不僅可以獲得較高的視覺功效，節(jié)約能源和費用，而且很可能還是一項長遠的保護人體健康的措施。另外，多變的天然光又是表現(xiàn)建筑藝術造型、材料質(zhì)感，渲染室內(nèi)環(huán)境氣氛的重要手段。所以，無論從環(huán)境的實用性、還是美觀的角度，都要求建筑師對晝光的利用做認真的規(guī)劃，掌握設計天然光環(huán)境的知識和技巧。天然光環(huán)境------------------------------概述62建筑物充分利用晝光照明的意義:天然光環(huán)境----------晝光的組成日光——變化很快，在采光計算中不考慮。

天空光——相對穩(wěn)定，建筑采光的主要光源。

在采光設計中，我們提到晝光（天然光）往往指的是天空光．它是建筑采光的主要光源。直射日光強度極高，變化很快，為防止眩光或避免房間過熱，工作房間常需要遮蔽日光，所以在采光計算中一般不考慮直射日光的奉獻。不過，室內(nèi)照進直射日光也有積極的作用，變化不定的光束會增添室內(nèi)環(huán)境的情趣，使人有接觸大自然的感受，給人以時間的信息．63晝光的組成日光——變化很快，在采光計算中不考慮。

3.2光氣候與采光標準在天然采光的房間里，室內(nèi)的光線隨著室外天氣的變化而改變，要設計好室內(nèi)采光，保證光需要，就需了解光氣候知識。3.2.1、光氣候：是由太陽直射光、天空擴散光和地面反射光形成的天然光平均狀況。1、天然光的組成a、太陽直射光：太陽光穿過大氣層時，直接透過射到地面的光。直射光照度大、有方向，在物體背后形成陰影。b、天空擴散光：太陽光穿過大氣層時，碰到大氣層中的空氣分子、灰塵、水蒸氣等微粒，產(chǎn)生多次反射，形成天空擴散光。天空擴散光使天空具有一定的亮度，在地面上形成的照度較小，無方向、不形成陰影。

全云天時只有天空擴散光；晴天時室外天然光有太陽直射光和天空擴散光兩部分組成。643.2光氣候與采光標準在天然采光的房間里，室內(nèi)的光線隨著室外2、不同天氣室外光氣候的變化地面照度來源于日光和天空光，其比例隨太陽高度與天氣（天空中的云和云是否將太陽遮住）而變化，通常，按照天空中云的覆蓋面積將天氣分為三類：晴天-------云覆蓋天空的面積占0~3/10多云天-------云占4/10~7/10全陰天--------云占8/10~10晴天地面照度主要來自直射日光，隨著太陽高度角的增大，直射日光照度在總照度中占的比例也加大。全陰天則幾乎完全是天空擴散光照明。多云天介于二者之間，太陽時隱時現(xiàn)，照度很不穩(wěn)定。652、不同天氣室外光氣候的變化晴天地面照度主要來自直射日光，隨3、天空亮度分布國際照明委員會（CIE）根據(jù)世界各地對天空亮度觀測的結(jié)果，提出三種天空亮度分布的數(shù)學模型，供設計人員在采光設計中使用。①均勻天空亮度分布天空各方向亮度一致。這是一種假想的、理論上的天空狀況，只在簡化的采光設計中才考慮。②CIE標準全陰天空（全云天）

CIE標準全陰天空適合于最低限度條件的采光設計。它符合世界各地對實際全陰天空觀測的結(jié)果，數(shù)學表達式簡單，應用廣泛，我國也采用這類天空作為采光設計的依據(jù)。663、天空亮度分布國際照明委員會（CIE）根據(jù)世界從左式推算：天頂亮度約為地平線附近天空亮度的3倍。CIE標準全陰天空（全云天）這種天空在同一高度的不同方位上亮度相等，但從地平面到天頂?shù)牟煌叨壬嫌幸韵碌牧炼茸兓?guī)律：67從左式推算：天頂亮度約為地平線附近天空亮度的3倍。CIE標準全云天氣地面照度較低。地面照度取決于：

（1）太陽高度角。陰天中午仍然比早晚的照度高。

（2）云狀。不同的云成分不同，對光線的影響也不同。低云（如下雨時的云）云層厚，主要有水蒸氣組成，遮擋和吸收大量的光線，使天空的亮度降低，地面照度小。高云有冰晶組成，反光能力強，使天空亮度達到最大，地面照度也高。

（3）地面反射能力。光在云層和地面間多次反射，使天空亮度增加，地面上的擴散光照度也提高，積雪地面，擴散光照度比無雪時提高1倍以上。

（4）大氣透明度。工業(yè)區(qū)煙塵使大氣雜質(zhì)增加，大氣透明度降低，室外照度大大降低。68全云天氣地面照度較低。13③晴天天空亮度分布：

是隨大氣透明度、太陽和計算點在天空中的相對位置而變，最亮處在太陽附近，離太陽愈遠，亮度愈低。

另外，晴天同陰天相反，除去太陽附近的天空最亮以外，通常在地平線附近的天空要比天頂亮；與太陽相距約90度高度角的對稱位置上，天空亮度最低。CIE晴天天空69③晴天天空亮度分布：

是隨大氣透明度、太陽和計算點4、我國光氣候概況：影響室外地面照度的因素：太陽高度、云量、云狀、日照率等。日照率（太陽出現(xiàn)的時數(shù)和可能出現(xiàn)的時數(shù)之比），由北、西北往東南方向逐漸減少，四川盆地一帶為最低。云量，由北向南逐漸增多，新疆南部最少，華北、東北少，長江中下游較多。云狀，南方低云，向北逐漸以高、中云為主。天然光照度中，南方以天空擴散光照度較大，北方和西北以太陽直射光為主。全國年平均總照度分布圖：各地光氣候的分布趨勢，全年平均總照度最低值在四川盆地，因為該地區(qū)全年日照率低、云量多、低云所致。704、我國光氣候概況：15全國年平均總照度分布圖(Klx)71全國年平均總照度分布圖(Klx)163.2.2、采光標準（采光設計標準）

------天然光環(huán)境的質(zhì)量評價采光設計標準是評價天然光環(huán)境的質(zhì)量準則，也是進行采光設計的主要依據(jù)。2001-07-31由國家建設部和質(zhì)檢局聯(lián)合發(fā)布的《建筑采光設計標準》（GB/T50033—2001)，是在國家標準GB50033-91的基礎上，總結(jié)了居住和公共建筑采光的經(jīng)驗，通過實測調(diào)查，并參考了國內(nèi)外的建筑采光標準而制訂的天然光照明質(zhì)量評價的主要內(nèi)容：------采光標準

1、采光系數(shù)：是室內(nèi)某一點直接或間接接受天空光所形成的照度與同一時間不受遮擋的該天空半球在室外水平面上產(chǎn)生的照度之比。兩個照度值均不包括直射日光的作用。在利用天然光照明的房間里，室內(nèi)照度隨著室外照度而時刻變化著，因此在確定室內(nèi)天然光照度水平時，必須把它同室外照度聯(lián)系起來考慮。723.2.2、采光標準（采光設計標準）

采光系數(shù)的符號為C采光設計中引進采光系數(shù)的概念很有好處。因為，在給定的天空亮度分布下，計算點和窗子的相對位置、窗子的幾何尺寸確定以后，無論室外照度如何變化，計算點的采光系數(shù)總保持不變。如想知道某一采光系數(shù)在室內(nèi)達到多高照度，只要把采光系數(shù)乘以當時的室外天空漫射光照度就行了。2、采光系數(shù)標準值

不同情況的視看目標要求不同的照度，而照度在一定范圍內(nèi)是愈高愈好，照度越高，工作效率越高。但高照度投資大、費用高，故照度的確定需考慮視覺工作的需要，又要顧經(jīng)濟上的可能性和技術上的合理性。73采光系數(shù)的符號為C采光設計中引進采光系數(shù)的概念很有好處。因

采光標準：將視覺工作分為Ⅰ~Ⅴ級，提出了各級視覺工作要求的天然光照度最低值為250、150、100、50、25Ix。采光系數(shù)標準值（

GB/T50033—2001）見P6-7頁表8-2本表適用于我國Ⅲ類光氣候區(qū)表中由于側(cè)面采光房間故采光系數(shù)標準用最低值。頂部采光室內(nèi)的天然光照度能達到相當好的均勻度，采光系數(shù)取平均值作為標準。74采光標準：采光系數(shù)標準值（GB/T50033—2001）臨界照度：臨界照度是人為設定的一個照度值。當室外照度高于臨界照度時，才考慮室內(nèi)完全用天然光照明，當?shù)扔诨蛐∮谂R界照度時，室內(nèi)要開始采用人工照明。室外的有效照度，或室內(nèi)天然光照度等于采光標準規(guī)定的標準值時的室外照度叫臨界照度。采光標準規(guī)定臨界照度值為5000Ix（適合Ⅲ類光氣候區(qū)）。確定這一值后就可將室內(nèi)天然光照度換算成采光系數(shù)（見表8-2）。3、光氣候分區(qū)我國地域遼闊，各地光氣候有很大區(qū)別，在采光設計中不可能采用同一標準，GB/T50033—2001將全國劃分為Ⅰ~Ⅴ類光氣候區(qū)，不同的光氣候分區(qū)有不同的光氣候系數(shù)K,見表8-3。75臨界照度：3、光氣候分區(qū)20光氣候系數(shù)K表8-3各光氣候分區(qū)的采光系數(shù)標準值：=表8-2所列值×K值光氣候分區(qū)圖76光氣候系數(shù)K表8-3各光氣候分區(qū)的采光系數(shù)標準值：光氣候分4、照度均勻度視野內(nèi)照度分布不均勻，易使人眼疲勞，視功能下降，影響工作效率。照度均勻度以工作面上的[對于站立的工作人員水平面距地0.90m，坐著的人是075m(或0.8m)]最低照度與平均照度之比表示（或采光系數(shù)最低值與平均值之比），不得低于0.7。CIE建議的數(shù)值是0.8。此外，CIE還建議工作房間內(nèi)交通區(qū)域的平均照度一般不應小于工作區(qū)平均照度的1/3。相鄰房間的平均照度相差不超過5倍。5、眩光限制當直接或通過反射看到燈具、窗戶等亮度極高的光源，或者在視野中出現(xiàn)強烈的亮度對比時（先后對比或同時對比），就會感受到眩光。眩光可以損害視覺，也能造成視覺上的不舒服感。當側(cè)窗位置較低，對于工作視線處于水平的場所極易形成不舒服眩光。故標準提出了側(cè)窗不舒適眩光評價標準，見表8-4。頂部采光口位置高，常處于視野之外，不易引起眩光，標準未作限制。774、照度均勻度5、眩光限制223.3采光口（采光窗）窗是建筑物的主要采光設備。窗的功能：第一是引進天然光，第二是溝通室內(nèi)外的視線聯(lián)系，第三是用于控制自然通風。窗的形式——采光設計的核心是窗的設計按照窗所處的位置，可將窗分為側(cè)窗和天窗兩大類，采光分為側(cè)面采光和頂部采光。有的建筑同時兼有側(cè)窗和天窗，其采光稱為混合采光。3.2.1、側(cè)窗

是在房間的一側(cè)或兩側(cè)墻上開的采光口，由于側(cè)窗構造簡單、維修方便、光線具有明確的方向性，有利于形成陰影，使人的容貌和立體物件形成良好的光影造型，并可擴大視野，故是最常見的采光形式。側(cè)窗一般放置在1m左右高度，窗臺提高到2m以上時稱高側(cè)窗。783.3采光口（采光窗）窗是建筑物的主要采光設備。窗的功能窗的形式——采光設計的核心是窗的是設計采光量（室內(nèi)各點照度總和），在采光口面積相等，窗低標高一致時，正方形窗最大，豎長方形次之，橫長方形最少。照度均勻度，豎長方形窗在房間進深方向上好，橫長方形窗在房間寬度方向上較均勻。79窗的形式——采光設計的核心是窗的是設計采光量（室內(nèi)各點照度總RADIANCEImages80RADIANCEImages2581268227窗位置的高低----------影響房間進深方向上的采光均勻度圖中，曲線表示工作面上不同點的采光系數(shù)，同一曲線的采光系數(shù)相同。低窗時，近窗處照度很高，往里迅速下降，在內(nèi)墻處照度很低。當窗位置提高后，近窗處照度下降，遠離窗口處照度提高，均勻性改善很大。窗的不同位置對室內(nèi)采光的影響83窗位置的高低----------影響房間進深方向上的采光均勻減少窗面積的方式不同，室內(nèi)采光量有不同的變化。窗上沿高度不變，提高窗臺減少面積，近窗處照度明顯下降，室內(nèi)深處變化不大。窗臺高度不變，上沿高度變化減少面積，近窗處照度變小，離窗遠處照度下降逐漸明顯。84減少窗面積的方式不同，室內(nèi)采光量有不同的變化。窗上沿高度不變陰天時，窗口朝向?qū)κ覂?nèi)采光狀況無影響；晴天時，不同朝向的房間，室內(nèi)采光狀況不同。a、晴天窗口朝陽時的室內(nèi)照度分布；b、陰天時的室內(nèi)照度分布；c、晴天窗口背陰時的室內(nèi)照度分布。a、晴天時雙側(cè)窗口對著亮度不同的天空，室內(nèi)兩側(cè)照度不對稱；b、陰天雙側(cè)窗照度按中間對稱分布。85陰天時，窗口朝向?qū)κ覂?nèi)采光狀況無影響；a、晴天窗口朝陽時的室北方地區(qū)，外墻較厚，擋光較大，為了減少擋光，將靠窗的墻做成喇叭口，能較少遮擋，而且斜面上的亮度較外墻內(nèi)表面亮度增加----過渡平面，可改善室內(nèi)的亮度分布，提高采光質(zhì)量。側(cè)窗只能保證有限深度的采光要求，深度不超過窗高的二倍。更深的地方已采用人工照明補充，注意：86北方地區(qū)，外墻較厚，擋光較大，為了減少擋光，將靠窗的墻做成喇克服側(cè)窗采光照度變化劇烈，提高房間深處的照度的措施：1、提高窗位置，可提高房間深處的照度，均勻性能得到很大改善。2、采用乳白玻璃、玻璃磚等擴散透光材料，或采用將光線折射至頂棚的折射玻璃，提高房間深度的照度，利于加大房間進深，降低造價。87克服側(cè)窗采光照度變化劇烈，提高房間深處的照度的措施：1、提高天然光的控制與調(diào)節(jié)88天然光的控制與調(diào)節(jié)333、采用傾斜頂棚，接受更多的天然光，提高頂棚亮度，使頂棚成為照射房間深處的第二光源。4、在多層建筑中，側(cè)窗位置較低時，將上面幾層往里收，增加一些反射屋面，當屋面刷白時，對上一層室內(nèi)采光效果明顯。5、在晴天多的地區(qū)，朝北房間采光不足，將對面建筑（南向）立面處理淺色，使墻面成為一個亮度高的反射光源，增加北向房間的采光量。893、采用傾斜頂棚，接受更多的天然光，提高頂棚亮度，使頂棚成為大進深辦公樓采用傾斜頂棚的實例辦公室采光方案90大進深辦公樓采用傾斜頂棚的實例辦公室采光方案35側(cè)窗位置較低，人眼很易見到明亮的天空，形成眩光，為了減少側(cè)窗的眩光，可采用水平擋板、窗簾、百頁、綠化等辦法減少眩光。醫(yī)院病房，成功的采光設計方案91側(cè)窗位置較低，人眼很易見到明亮的天空，形成眩光，為了減少側(cè)窗92379338943995403.3.2、天窗：采光系數(shù)最高值一般在跨中，最低值在柱子處。由于天窗布置在屋頂上，位置較高，處在視野范圍外，不易形成眩光；另外，便于組織自然通風。3.3.2.1、矩形天窗在單層工業(yè)廠房中，矩形天窗應用很普遍，它實質(zhì)上相當于提高位置的成對高側(cè)窗。963.3.2、天窗：采光系數(shù)最高值一般在跨中，最低值在柱子處

矩形天窗的采光效率（進光量與窗洞面積的比）決定于窗子與房間剖面尺寸的關系：1）、天窗寬度（bmo）（天窗跨度）：對照度水平和照度均勻度都有影響，在一定范圍內(nèi)加大跨度能提高平均照度并改善均勻度；但超過限度會造成鄰跨間天窗的互相遮擋。合適的比例應為

bmo=0.4~0.6b2）、天窗位置的高度（hx）:天窗下沿至工作面的高度。hx愈高則照度愈低，但均勻度變好；天窗低，效果正相反。從采光角度來看，