第七章天然采光

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1．单侧窗
当进深不大，仅有一面外墙的房间，普遍利用单侧窗采光。它的 主要优点是光线自一侧投射，光流有显著的方向性，使人的容貌和 立体物件形成良好的光影造型。当工作位置与有窗的外墙相垂直布 置时，有效地避免了光幕反射和不舒适眩光。此外，通过侧窗还能 直接看到窗外景物，窗子的构造简单，维修方便，价格也便宜。
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3. 平天窗
平天窗的形式很多，其共同点是采光口位于水平面或接近 水平面，因此，它们比所有其他类型的窗子采光效率都高得多， 约为矩形天窗的2～2.5倍。小型的采光罩更有布置灵活、构造 简单、防水可靠等优点，近年在民用建筑中也用的越来越多了。 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， 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。
L Lz1 2 sin
3
从上式推算，天顶亮度约为地平线附 近天空亮度的3倍
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CIE标准全阴天空适用于最低限度条件的采光设计．它符合世 界各地对实际全阴天空观测的结果，数学表达式简单，应用广 泛．我国也采用这类天空作为采光设计的依据．这时地面照度 （以勒克斯为单位）在数量上等于高度角为42度处的天空亮度 （以阿熙提为单位）即：E地（lx)＝L42(asb)
不过，有几个因素影响单侧窗的采光效果： 第一，室内一点获得的天空直射光数量是由该点透过窗子“看” 到 的天空面积大小决定的，离窗子愈远，“看”到的天空面积愈小； 第二，全阴天空时，天顶要比地平线附近的天空亮得多； 第三，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，照度越低(余弦定律)； 第四，室外景物对天空视域的遮挡。 这些因素，都造成侧窗采光房间的天然光照度随离开窗子的距离而 迅速降低，照度分布很不均匀。
我国于1979年颁布了《工业企业采光设计标准》(TJ33— 79) ,《标准》中将视觉标准分为5级，它们对要求的最低值 分别为250、150、100、50、15lx及其对应的采光系数。需要 指出的是，顶部采光时，室内照度分布不均匀，采光系数采 用平均值；侧面采光时，室内光线变化大，采光系数则用最 小值。
沿海次之，四川、贵州低。从云量来看，从北向南逐渐增多，
新疆南部、华北、东北少，华中较多，华南最多，四川、贵州
极多。从云状来看、南方以低云为主，向北逐渐以高、中云为
主。根据这些气象因素来考虑，在天然光照度中，南方以天空
湖扩北工散业大光学土照建学度院 较大，北方和西北以太阳直射光为主。
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(2) 天窗位置的高低与天窗间距：天窗下沿至工作面的高度 hx愈高则照度愈低，但均匀度变好；天窗低，效果正相反。 因为hx通常是由生产的工艺或建筑体积决定的，所以控制天 窗间距dc与hx的比例较为实际。一般以hx／dc＝0.45～0.70 为宜。当每跨仅有一列天窗时，dc＝b，则hx／dc＝0.45～0. 70。多跨厂房中的矩形天窗能受到相互交叉照射，天窗位置 高低对采光均匀度的影响不很显著。
(三)照度均匀度：室内照度最低值与室内照度平均值之比
称为照度均匀度， 《标准》规定，在Ⅰ～Ⅳ级视觉工作区， 对顶部采光而言，其照度均匀度应在0.7以上。对其他情况， 未作明确规定。
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第二节 采光口
采光方式是确定采光口构造和进行采光计算的基础。 按照窗子 所处的位置，将窗分为侧窗和天窗两大类。 (一)侧面采光
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。斜顶天 窗在采光上的特点同锯齿形 天窗类似。
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多跨的大面积锯齿形天窗都从单一方向进光，光的方向性 强，面向天窗和背向天窗的垂直面照度有较大的差异，如 果窗口朝南，有直射日光照进室内，这种差异就更为显著。 为此，一方面要尽量提高顶棚反射率，增加反射光强度； 另一方面，机器设备、货架等要与天窗方向成90°布置， 避免与天窗平行，造成正反两面明暗反差太大。此外，天 窗间距应不超过天窗下沿高度的2～2.2倍(dc＜2～2.2hx) 以保证工作面的天然光照度均匀。
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第七章 天然采光
第一节 光气候与采光标准
一、光气候
（一）、天然光的组成和影响因素
1、天然光的组成：太阳直射光和天空扩散光
太阳直射光－形成的照度高，并具有一定的方向，在被照射物体背后
出现明显的阴影。
天空扩散光－形成的照度低，没有一定方向，不能形成阴影。
2、影响因素：两种光线所占的比例不同，地面的总照度值不一样。
围。这里所述的变化含有静态的、概念的意义．变动则含有动
态的、时间的意义。
天气指阴晴的瞬间状态。气候指某个地区较长时间的阴
晴等的状态。气象指大气中的现象、主要是阴晴、风雨、雪
雹等。
日照率指太阳实际出现时间和可能出现时间之比．也是光气
候中的主要内容。我国地域辽阔，从日照率来看，由北、西北
往东南方向逐渐减少，东北、华北、新疆高，华中居中，东南
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高而窄的窗子与低而宽的窗于相比，在面积相等的 条件下，前者有较大的照射进深。但是，如果有一排 侧窗被实墙分开，而且窗间墙比较宽，那么，在窗间 墙背后就会出现阴影区，平行于窗墙方向(纵向)的天 然光分布不均匀，窗子之间的地板和墙面也会显得昏 暗。
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长向带形窗比面积相同的 高而窄的窗子照射进深小， 但视域开阔，其天然光等照 度曲线是长轴与窗墙相平行 的椭圆。提高窗上槛的高度 能增加照射进深，这种称为 带形高测窗。如果只在一面 墙上设高侧窗，窗下墙区域 一定相当暗，因此可能会同 窗外的天空形成不舒适的亮 度对比。
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(3) 窗子的倾斜度：由于仰面倾斜设置能加大受光立体角， 从而增大采光量。与水平面成60°角的“梯”形天窗，比相 等面积的矩形天窗，可提高工作面照度40～60％，但是它的 构造复杂，容易积尘积雪，射进日光，所以要根据具体情况 权衡得失。
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2、锯齿形天窗
锯齿形天窗的特点是屋顶倾斜，可以充分利用顶棚的反射光，采光效率比 矩形天窗约高 5％至20％。当窗口朝北布置时，完全接受北向天空漫射光， 光线稳定，直射日光不会照进室内，因此减小了室内温湿度的波动及眩光。 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 窗采光的实例．
由室内侧面竖向采光口入射的光称为侧面光。采入侧面光的 方式称为侧面采光、它的优点是有利于开启、防雨、通风、隔 热、施工、维护、维修等，但采入光量较少，分布不均，且对 邻近地段有干扰。
侧面采光有单侧、双侧、多侧方式。南向单侧采光的入射光 量大，且不稳定、有直射日光。东西向双侧采光的入射光量变 动大、且不稳定，朝夕有直射日光。北向单侧采光的入射光量 少、但稳定。
(1)大面积采光顶棚——主要目的是形成一个接近大自然的 全天候室内空间，采光质量无关重要，安全、防水、维修等问 题是设计首先考虑的因案。透光材料使用玻璃或塑料。常见于 现代建筑的中庭、大型市场、体育馆、博览馆、温室等建筑。
或者 E地（lx)/π ＝L42(cd/m2) 因此可导出天顶亮度与地面照度的关系为：
E地（lx) ＝7 π /9 Lz
(cd/m2)
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（三）、我国光气候概况
影响天然光变化或变动的一些气象因素称为光气候，例如
太阳高度角、云量、云状、大气透明度等，都属于光气候的范
1、矩形天窗：在单层工业厂房中，矩形天窗应用很普遍。 它实质上相当于提高位置的成对高侧窗，在各类天窗中， 它的采光效率(进光量与窗洞面积的比)最低，但眩光小， 便于组织自然通风。普通矩形天窗是在屋架上架起一列天 窗架构成的，窗子的方向与屋架相垂直，称为纵向矩形天 窗。天窗屋架增加了建筑高度，也加大了结构荷载(特别 是风荷载)，从而提高了建筑费用。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 立在屋架外侧，紧贴屋架，称为横向矩形天窗，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。
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凸窗——在凸窗附近有充足的 天然光，而且视野开阔。但是凸 窗的顶板遮住了一部分天空，使 照射进深比普通的侧窗减小。这 种窗子适用于旅馆客房、住宅起 居室等窗前区域活动多的场合．
角窗——角窗让光线沿侧墙 射进房间，把角窗邻近的侧墙照 得很亮，使室内空间的边界轮廓 更为清晰。侧墙对天然光的反射 形成一个由明到暗的过渡带，缓 和了窗子与墙面的亮度对比。
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三、采光标准
(一)室外临界照度： 室内天然光照度等于采光标准规定的标准值时的室外照度
称为“临界照度”，即开始需要采用人工照明时的室外照度 值。
采光设计的基本原则是：对应于无遮挡的情况下室外照度 的最低值能在室内得到需要的最小照度。但是。确定室外 照度最低值是很不容易的。这要根据地区、季节、时刻、国 民经济情况及节能要求等因素来确定。
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矩形天窗的采光效率决定于窗子与房间剖面尺寸的以下基本 关系：
(1) 天窗跨度bk：对照度水平和照度均匀度都有影响。在一定范围内加大 bk能提高平均照度并改善均匀度；但超过限度会造成邻跨间天窗的互相遮 挡，效果适得其反。合适的比例应为bk ＝0.4～0.6b(b为建筑跨度或一列 天窗分属的建筑宽度)。2