2014年一级建筑师物理与设备知识辅导：天然采光设计标准1

　　天然采光设计是以太阳为光源的建筑环境采光设计。天然光不仅照亮环境，使我们看清并认知周围的环境，获得80%人类赖以生存的环境信息，而且日光的昼夜更迭，明暗变化，支配着人体的生物钟，控制着生活起居周期和生命节律。阳光还制造维生素和诸多营养物，使人们保持身心健康。而且，人眼在天然光条件下比在人工光下具有更高的视觉功效因此，搞好天然光环境设计，具有十分重要的意义。它有利于节约能源，保护环境，并可为建筑环境增“光”添“彩”。

　　一、天然采光基本知识

　　天然光特性(又称光气候特征)

　　1.天然光的组成和影响因素

　　天然光源可分为直射日光和天空光两类：

　　(1)直射日光：太阳光穿过大气层，射到地面，称为直射日光。由于地球与太阳相距很远，可认为直射日光是平行射到地面的。直射日光照度大，具有方向性，会在被照物体后形成阴影;

　　(2)天空光：又称天空扩散光，是部分阳光经过大气层上空气分子、灰尘、水蒸气微粒等多次反射，在天空形成的具有一定亮度的天然光源。天空光照度较低，无一定方向，不能形成阴影;

　　(3)地面反射光：直射日光和天空光经地面反射及地面和天空之间多次反射，使地面照度和天空亮度有所增加，这部分光源称地面反射光。一般在采光设计时，可不考虑地面反射光的影响;

　　(4)光气候：指由直射日光、天空光和地面反射光形成的天然光平均状况。

　　(5)晴天：云量占天空30%以下的无云或少云天气。晴天地面照度由直射日光和天空光叠加形成。直射日光占90%，天空光占10%.天空最亮处在太阳附近，太阳亮度达20万熙提(sb)(1熙提=104cd/┫)，天空亮度一般为0.2～2.0熙提。离太阳越远，亮度越低，最低值在与太阳呈90o角处。因此，建筑物朝向对采光影响很大。朝阳房间面对太阳所处的半边天空亮度较高，室内照度也较大;

　　(6)全云天(阴天)：天空全部为云所遮盖的天气。这时，无直射日光，只有天空扩散光。

　　全云天天空的亮度分布，可按式(2-25)计算：

　　式中Lz――天顶亮度，cd/┫，它是接近地平线处天空亮度的3倍;

　　Lo――仰角为θ的天空亮度，cd/┫;

　　θ――计算天空亮度处的高度角(仰角)。

　　国际采光协会命名这样的天空为CIE全阴天空。采光设计与计算都假定天空为全阴天空。

　　在全阴天空下，地平面的照度Ew用下式计算：

　　式中Ew――地面照度，lx;

　　Lz――天空亮度，cd/┫.

　　2.影响天然光的因素

　　影响天然光的因素有：太阳高度角、云量、云状、日照率、地理纬度以及海拔高度等。

　　3.采光标准

　　(1)采光系数：采光系数C是指室内给定水平面上某一点由全阴天天空光所产生的照度(En)与同一时间同一地点，在室外无遮挡水平面上由全阴天天空光所产生的照度(Ew)的比值，即利用采光系数，可根据室内照度标准换算出所需的室外照度，或由室外照度求出室内照度。

　　(2)采光系数标准值

　　采光标准将视觉工作分为I～V级，并规定各等级天然光照度最低值分别为250，150，100，50及25lx.定义室内完全利用天然光工作时的室外天然光最低照度为“临界照度”，其值为50001x.根据临界照度值，可将室内天然光照度换算成采光系数。由于不同采光口类型在室内形成不同的光分布，故采光标准依照不同采光口类型，提出不同的要求。顶部采光时，采用平均值。侧面采光时，室内光线变化大，故规定用采光系数最低值。

　　注：

　　1.兼有侧窗和天窗的混合采光，侧窗取采光系数最低值Cmin(%)，天窗取采光系数平均值Cav(%);

　　2.计算点的确定，单侧窗取窗对面距内墙1m的点为计算点;矩形天窗当为单跨或边跨时取距外墙内面lm处的点为计算点，其余情况按《民用建筑采光设计标准》中的附录B确定;

　　3.亮度对比小的Ⅱ、Ⅲ级视觉作业，其采光等级可提高一级采用。

　　4.光气候分区

　　我国各地光气候有很大区别，如采用同一采光标准显然是不合理的。因此，采光标准将我国划分为I～V个光气候区，用光气候系数与相应室外临界照度表示各区天然光照度的高低，其中，天然光最丰富的地区是西北和北部地区，向南逐步降低，四川盆地最低。各区具体的采光系数标准值为采光标准所列的采光系数标准值乘上光气候系数。

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