天然采光
建筑光学第七章天然采光
天然采光在节能建筑中的应用
01
自然采光
利用天然光代替人工照明，可以大大减少建筑物的能源消耗。建筑设计
时应充分考虑自然采光的利用，如采用大窗户、采光天井等方式。
02
窗户设计
窗户的设计对天然采光的效果有很大影响。选择合适的窗户类型、尺寸
和位置，可以增加采光量，提高室内光照质量。
03
采光装置
除了窗户，还可以使用其他采光装置，如导光管、反射板等，将天然光
利用采光罩、采光井等集光设施，集中自然光，提高照明效果。
04 天然采光的影响因素
地理位置
纬度
纬度的高低影响日照时数和太阳高度角，纬度越高，冬季日照时数 越短，夏季日照时数越长，太阳高度角越小，采光效果越差。
地形
不同地形对采光的影响不同，如山地、丘陵地等会阻挡阳光，降低 采光效果。
城市与乡村
城市中的建筑物密集，高楼大厦会遮挡阳光，而乡村则相对开阔，采 光较好。
02 天然采光的基本原理
光的性质
01
02
03
04
光的直线传播
光沿直线传播，遇到障碍物会 形成影子。
光的反射
光在平滑表面会按照一定角度 反射。
光的折射
光从一种介质进入另一种介质 时，会因为速度变化而发生方
向改变。
光的散射
光在空气中传播时，由于空气 分子的散射作用，使得天空呈
现蓝色。
光的方向性
01
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适应性
在建筑设计时，应充分考虑天然采光和人工照明的适应性，以满足不同季节、天气和时间 的需求。例如，在阳光充足的季节可以利用天然光为主，而在阴雨天或冬季则可以人工照 明为主。
天然采光课件
外墙材料的颜色和反射率会影响太阳光的吸收和反射。例如，白色外墙 可以反射更多的太阳光，而深色外墙则会吸收更多的太阳光。
03
天花板材料
天花板材料的颜色和反射率也会影响室内采光。例如，白色天花板可以
增加室内的亮度，而深色天花板则会降低室内的亮度。
05
天然采光的优缺点
Chapter
优点
节能环保
02
住宅建筑的天然采光设计还可以与室内布局相结合，通过合理的空间布局和家具 布置，最大化利用天然光线，减少人工照明的需求。
办公建筑
办公建筑是人们工作的重要场所，良好的天然采光可以提高 工作效率和员工满意度。在办公建筑中，可以采用玻璃幕墙 或大面积的窗户设计，引入充足的天然光线，减少人工照明 的使用。
商业建筑的天然采光设计还需要考虑商业活动的特点和需 求，根据不同类型商业空间的特性，采用不同的天然采光 方案，以满足商业运营的需求。
公共设施
公共设施是为公众提供服务的场所，良好的天然采光可以提高公共设施的使用效 率和舒适度。在公共设施中，可以采用透明或半透明的顶篷、大面积的玻璃门等 设计，引入自然光线，营造明亮、舒适的公共空间。
特点
天然采光具有环保、节能、健康、舒适等优点，能 够提高室内环境的品质和人们的舒适感，同时减少 对人工照明的依赖，降低能源消耗和运营成本。
天然采光的重要性
健康
天然采光有助于调节人体生物钟 ，改善睡眠质量，减少眼部疲劳 和不适感，对健康有积极的影响
。
能耗
利用天然采光可以显著降低建筑能 耗，尤其是在电力供应紧张的地区 ，能够缓解能源压力，实现可持续 发展。
设计创新
定制化设计
根据不同建筑和空间的 需求，提供定制化的天 然采光设计方案，实现 个性化采光效果。
4、天然采光1
2.2 天然采光
一、侧窗 它是在房间的一侧或两侧墙上开的窗洞口，是最常见的一种
采光形式，如图6-9所示。 侧窗的窗台高约1米，而窗台高2米以上则称为高侧窗。
图6-9 侧窗的几种形式
图6-10 不同形状侧窗的光线分布
2.2 天然采光
形式：单侧窗，双侧窗。
优点：构造简单、布置方便、造价低廉、光线具有明显的方向 性，有利于形成阴影观看立体物体，通过侧窗可看到外 界景物，有利通风，层数不限。
0.86
0.77
0.74
0.68
0.63
0.62
0.620.980.84Fra bibliotek0.73
0.66
0.64
0.60
0.61
0.59
2.2 天然采光
2.2 天然采光
2.2 天然采光
二、光气候分区
我国西北广阔高原地区室外年平均总照度值高达31.46 klx；而四川盆地及东北北部地区则只有21.18 klx，相差达
图6-11窗的不同位置对 室内采光的影响
2.2 天然采光
2）横向采光均匀性——主要受 窗间墙的影响，窗间墙愈宽，横 向均匀性愈差。
图6-11窗的不同位置对 室内采光的影响
2.2 天然采光
下面我们分析侧窗的尺寸、位置对室内采光的影响： 1) 窗上沿高度不变，用提高窗台来减少窗面积 随着窗台的提高，室内深处的照度变化不大，但近窗处
小区布置对室内采光也有影响。平行布置房屋，需要留 足够的间距，否则挡光严重(图6-23a)。如仅从挡光影响的 角度看，将一些建筑转180°布置，这样可减轻挡光影响(图 6-23b)。
图6-23 房屋布置对室内采光影响
2.2 天然采光
二、天窗
2.2 天然采光(2)
视觉作业场所采光系数标准值（Ⅲ类光气侯区）
按作业精度确定采光等级；按采光方式确定天然光照度。
居住建筑
旅馆建筑
办公建筑
学校建筑
图书馆
医院建筑
博物馆和美术馆建筑
注：表中的展厅是指对光敏感的展品展厅，侧面采光时其照度不应高于 50lx；顶部采光时其照度不应高于75lx；对光一般敏感或不敏感的展品展 厅采光等级宜提高一级或二级。 工业建筑
顶部采光展室的适宜尺寸
美术馆采用天窗采光，窗地比为1/4，在确定天 窗位臵时，要注意避免形成反射眩光，并使整个展 出墙面照度均匀。可从控制天窗窗口到墙面各点的 立体角大致相等来达到使照度均匀的目的。
天窗采光比高侧窗采光降低房间高度达30%， 有利于降低建筑造价。
天窗采光的改善措施：
为降低展室中部观众区照度，并增加墙面照度。在 天窗下设透明或半透明的顶棚，避免二次反射眩光。
提高窗口 画面倾斜
调整人画间位置，降低观看处亮度
（5）周围环境的亮度
应略低于展品的亮度；展品周围环境的色调应为 中性色调，彩度不能太高。
（6）避免阳光直射展品 （7）采光口尽量不占用展出的墙面
2. 建筑剖面形式和采光形式 （1）侧窗采光
能获得充足的光线，光线具有方向性，但用于展 馆有些缺点： 照度不均、占用展出墙面、易眩光，适用于进深 不大的小型展室和雕塑为主的展室。 改善： 采用增设室内横墙的方式。
2.2.3 采光设计
采光设计的任务：
根据视觉工作的特点，正确地选择采光口的形 式，恰当地确定采光口的尺寸和位臵，使室内获得 良好的光环境，以保证视觉工作的正常进行。 即通过窗口面积、布臵等的设计，采光系数的 计算，预测营造光环境是否符合标准规定指标。 天然光环境设计—— 包括采光设计，室内各表面的亮度、色彩等的 规划与设计、室内的遮光、控光、以及避免眩光等 的设计。
建筑物理天然采光重点总结
第八章天然采光第一节光气候和采光标准1、光气候：所谓光气候就是由太阳直射光、天空光和地面反射光形成的天然光平均状况。
2、天然光的组成和影响因素：太阳是天然光的光源。
日光在通过地球大气层时被空气中的尘埃和气体分子扩散，结果，白天的天空呈现出一定的亮度，这就是天空光。
天然光是直射日光与天空光的总合。
3、地面照度来源于日光和天空光，其比例随太阳高度与天气而变化。
通常，按照天空中云的覆盖面积将天气分为三类：a晴天——云覆盖天空的面积占0～0.3；b多云天——云占0.3～0.7；c全阴天——云占0.8～14、晴天时，地面照度主要来自直射日光；随着太阳高度角的增大，直射日光照度在总照度中占的比例也加大。
全阴天则几乎完全是天空扩散光照明。
多云天介于二者之间，太阳时隐时现，照度很不稳定。
5、晴天天空的亮度与太阳高度和方位两个因素有关。
晴天同阴天相反，除去太阳附近的天空最亮以外，通常在地平线附近的天空要比天顶亮；与太阳相距约-90°高度角的对称位置上，天空亮度最低。
6、全云天：天空全部为云所遮盖，看不见太阳。
室外天然光全部为扩散光，物体后面没有阴影。
这时地面照度取决于：a太阳高度角；b 云状；c 地面反射能力；d 气透明度。
7、全云天天空在同一高度的不同方位上亮度相等，但是从地平面到天顶的不同高度上有以下的亮度变化规律：)3sin 21(θθ+=z L L L θ：仰角为θ的天空的亮度（cd/m 2）；L z ：天顶亮度（cd/m 2）；θ：计算天空亮度处的高度角（仰角）。
8、天顶亮度约为地平线附近天空亮度的3倍。
由于阴天的亮度低，亮度分布相对稳定，而且朝向对室内照度影响小，因而使室内照度较低，照度分布也较稳定。
这时，室外地面照度（以lx 为单位）在数值上等于高度角为42o 处的天空亮度（以asb 为单位），即： E 地(lx)＝L42(asb)9、由立体角投影定律可以导出天顶亮度与地面照度在数量上的关系为： 同样方法还可导出阴天的室外垂直面照度为： E 垂＝E 地×0.39610、我国光气候概况：从日照率来看，由北、西北往东南方向逐渐减少，而以四川盆地为最低；从云量来看，大致是自北向南逐渐增多，新疆南部最少，华北、东北少，长江中下游较多，华南最多，四川盆地特多；从云状来看，南方以低云为主，向北逐渐以高、中云为主。
辨别：天然采光和天然采光的室内情况有如何差别？[指南]
![辨别：天然采光和天然采光的室内情况有如何差别？[指南]](https://img.taocdn.com/s3/m/eac4e40f11a6f524ccbff121dd36a32d7375c717.png)
题目二：辨别：自然采光和天然采光的室内环境有怎样区别？指出加入人工照明后，室内照明环境发生了哪些变化？自然光在环境中的空间效果是指研究光的方向性的作用与效果、光与室内空间立体感以及光与室内空间宽敞感的问题。
所谓自然光的方向性即室内采光口的位置和朝向。
在室内环境中，光的方向性对室内的功能、室内的空间以及人们的心理反应有着重要的影响。
在被照的室内空间中，光的不同方向、光的远近、强弱的不同等都可以产生不同的视觉效果。
通过不同的处理手法好正面照射、斜向照射、逆向照射、顶部照射以及底部照射，可强化或弱化明暗对比，增强室内空间的可见度，产生丰富的立体空间感。
影响室内自然光的质量除了与光的方向、强度以及物体的轮廓有关，还取决于室内表面的状况、材料表面光滑平整以及室内空间宽敞与否。
从远古的篝火、油灯到蜡烛、白炽灯，再到今天千家万户的荧光灯，人类已经基本适应了人工光源的室内照明环境。
但是由于千万年来的环境影响，自然光仍然是人类最习惯、感觉最舒适的光源，自然采光一直受到建筑师和照明设计师的高度重视。
当今社会建筑的节能环保需求更对自然采光照明提出了进一步的要求。
在现代社会中,人们离不开各种室内环境,提高室内空间环境的技术性与艺术性,是衡量现代生活质量的重要标志。
人工照明可以弥补自然光对于环境照明需要的不足,有效提升空间质量,营造一个良好的、使人舒适的、满足人们的心理、生理需求的照明环境,它是影响人类行为的最直接因素。
作为保证人类日常活动得以正常进行的另一个基本条件,人工照明环境是评价室内环境质量的重要指标。
自然采光是建筑节能照明的重要方面，合理利用自然光，在节能基础上保证室内光环境的舒适度成为目前研究热点之一。
但是自然光具有随机性、多变性、易干扰性，其应用与控制较为复杂。
本文尝试将模糊控制策略应用于自然光照明领域，模糊控制不依赖模型，并具有较强的抗干扰性，对于多因素变量下的模型不确定情况有很好的控制效果。
另外，本文根据人体工效学思想确定模糊规则，使遮光百叶的控制更接近人对自然光的判断，更符合人们生活习惯。
建筑光学第八章天然采光
目录
• 天然采光概述 • 天然采光原理 • 天然采光设计 • 天然采光案例分析 • 天然采光面临的挑战与解决方案
01 天然采光概述
天然采光定义
天然采光
天然采光的应用场景
利用自然光进行照明的过程，主要通 过窗户、天窗等建筑开口引入光线。
住宅、办公、商业、文化等各类建筑。
天然采光的优点
挑战二：气候变化影响
总结词
气候变化对天然采光带来挑战，包括极端天气、日照时间变 化等。
详细描述
随着全球气候变化，极端天气事件增多，如暴风雨、雾霾等 ，导致天然采光不足。同时，由于地球自转和公转的变化， 日照时间也在不断变化，对建筑采光提出了更高的要求。
挑战三：节能与环保要求
总结词
在能源紧张和环保意识增强的背景下，建筑采光需要满足节能和环保的要求。
节能环保、舒适度高、减少人工照明 依赖。
天然采光的重要性
01
02
03
提高视觉舒适度
自然光线柔和、舒适，有 助于减轻眼睛疲劳，提高 工作效率和生活质量。
节能减排
减少人工照明的使用，降 低能源消耗和碳排放，符 合绿色建筑和可持续发展 的要求。
促进身心健康
自然光线有助于调节人体 生物钟，改善睡眠质量， 促进身心健康。
总结词
将绿色建筑理念融入建筑设计、施工和运营 全过程，实现建筑与环境的和谐共生。
详细描述
强调建筑与周围环境的协调，合理规划建筑 布局，利用地形、植被等自然元素增加天然 采光和通风。同时，提倡使用可再生能源、 雨水收集等技术，减少对环境的负担，实现 可持续发展。
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案例三：绿色建筑天然采光
总结词
天然采光
人眼工作需要良好的光照。
天然光是一种最洁净的绿色光源。
由于人类长期生活在自然环境中，人眼对天然光最适应，天然光下人眼有更高的视觉功效，会感到更舒适，也更有益于身心健康保护好自己的眼睛再好的人工照明环境，人眼的舒适程度也不会达到天然光下的效果。
因此，室内的工作环境必须充分利用天然采光，除非天然采光量无法满足视觉作业要求，另需人工照明来补充光照。
同时，利用天然采光还可以节约大量照明用电，进而节约能源，有利于可持续发展。
1．光气候指室外天然光的自然状况，包括当地天然光的组成及其照度变化、天空亮度及其在天空中的分布状况等。
影响室外天然光的因素很多，而且都处于不断变化的状态，难以用简单的公式准确地进行描述。
目前各国都采用长期观测的办法,取得资料，综合分析,并整理出代表当地光气候的数据。
在研究的基础上找出某些规律，为采光设计提供依据。
•天然光组成太阳是天然光的基本光源。
太阳光经过大气层时形成直射阳光和天空扩散光。
这两种光的组成和所占比例依不同天气状态、不同时间而异。
早晚以扩散光为主，阴天全部为扩散光，晴天中午以直射阳光为主。
••①直射阳光。
透过大气层直达地面的那一部分太阳光。
它具有强烈的方向性，在物体的背阳面形成阴影。
直射阳光在地面上形成的照度主要受太阳高度角和大气透明度的影响。
由于太阳高度随时间而变化，大气透明度随天气变化，所以直射阳光照度变化甚大，如阴天时直射阳光照度为零,夏季晴天中午照度可高达105勒克斯以上。
•②天空扩散光。
太阳光遇到大气中的空气分子、水气、粉尘等产生散射而形成的使天空具有一定亮度的光。
天空扩散光没有方向性，不形成阴影，在地面上形成的照度受太阳高度角的影响较小，而受天空中的云量、云状和大气中杂质含量的影响较大。
夏季晴天中午，天空扩散光照度可达(2～3)×104勒克斯左右。
•天空亮度及其分布室内采光不仅受天空亮度及其分布状况的影响，而且受室外各种反射光的影响。
这些影响因素变化很大，因此采光计算按两种极端条件考虑：①全云天（阴天）。
5、天然采光2
2.2 天然采光
2. 窗眩光 侧窗位置较低，对于工作视线处于水平的场所极易
形成不舒适眩光，故应采取措施减小窗眩光：
1）作业区应减少或避免直射阳光照射； 2）不宜以明亮的窗口作为视看背景，可采用室内外 遮挡设施降低窗亮度或减小对天空的视看立体角； 3）宜将窗结构的内表面或窗周围的内墙面做成浅色 饰面。
为了在建筑采光设计中，充分利用天然光，创造良好的 光环境和节约能源，就必须使采光设计符合建筑采光设计标 准要求。
2.2 天然采光
一、采光标准 《建筑采光设计标准》（GB/T50033-2001)的主要内容： （一）采光系数标准值 采光系数标准值： a.按作业精确度（识别物件的最小尺寸）确定采 光等级; b.按采光方式，侧窗采光（最低值），顶部采光 （平均值）确定天然光照度; c.其他光气候区具体标准为下表中所列值乘该区 中的光气候系数。
民用建 工业建 民用建 工业建
筑
筑
筑
筑
1/3
1/3
1/4
1/4
1/4
1/3.5
1/6
1/5
1/6
1/4.5
1/8
1/7
1/10
1/8
1/12 1/10
1/14
1/11
1/19
1/15
表6-8
平天窗
民用建 工业建
筑
筑
1/6
1/6
1/8.5
1/8
1/11
1/10
1/18
1/13
1/27
1/23
2.2 天然采光
2.2 天然采光
(四）估算窗洞口尺寸
根据视觉工作分级和拟采用的窗洞口形式及位置，即可从 表6-8查出所需的窗地面积比。
直接天然采光标准
直接天然采光标准
1、普通住宅建筑
在计算范围内受高层建筑遮挡的低层住宅的居室，冬至日满窗日照的有效时间不少于连续两小时，即其主要朝向每层如有两个以上居室受遮挡的，则最少应有一个居室满足冬至日满窗日照有效时间不少于连续两小时的日照时间规定。
低层住宅改为多户共用的'，除符合上述的日照时间规定外，还应保证主要朝向受遮挡的每户有一个居室冬至日满窗日照有效时间不少于连续一小时。
2、其他居住类建筑
根据房屋的日照标准的规定，在计算范围内受，高层建筑遮挡的其他居住类建筑的居室冬至日满窗日照的有效时间不可以也不能够少于连续一小时。
3、文教卫生建筑
根据国家有关规范，应满足受遮挡居住建筑的居室在大寒日的有效日照不低于二小时，居室是指卧室、起居室；敬老院、老人公寓等特定的为老年人服务的设施，其居住空间不应低于冬至日2小时的日照标准；托儿所、幼儿园的生活用房应不低于冬至日3小时的日照标准。
M204北京建筑大学快题考研-第八章 天然采光
A1 cos
A1
d r2
A1d
r2
r2
r2
111
0.171sr
35
∵ cosi=H/r=0.446
∴ E=LdΩcosi=200Lx.。
§8—2 采光口（采光窗）
10 功能 （1）引进天然光；
（2）沟通室内外视线（室内与室外视线联 系）
（3）控制自然通风； 设窗带来的问题：
A.隔热保温； B.处理物理问题； C.节能问题。
r
（1）∵ Km=683Lm/W，589nm对应光 视效率0.769，图7—4。
∴Φ=683×10.3×0.769=5410L（2）
A r2
4r 2
r2
4 球面度
I 5410 430.39lm 430.39cd
4
(3)∵ r1=2m α=0
E1
I
2
r
cos1
430.39 1 107.6 5
1、 采光设计： （1）侧面采光。
由III级采光等级查表8-6得： 双侧窗的窗地比为1/3.5。 边跨每开间侧窗的最大面积为
（6-0.45×2）m×7.2m=36.72㎡。 边跨每开间的侧窗面积约为6m×18m/3.5≈30.9㎡, 窗高为30.6㎡/5.1m≈6.1m。 现设窗高分别为2.4米和3.6米， 窗布置如上图所示。按工艺要求，将工作点选择在距跨端 3.5米处P1。
双侧窗要求的 窗地比为1/2.5。现按一个6
米的柱距来计算，要求在两面侧墙上开 72m2的侧窗（30×6×1/2.5=72㎡），而工 作 面 至 屋 架 下 弦 可 开 侧 窗 面 积 约 为 46m2
（窗高×窗宽×两侧面 =4.8m×4.8m×2=46m2）,不足的地面面积 约65m2考虑用天窗来解决。现采用矩形天 窗，查表8-6得窗地比为1/3.5，现选用1.5m 高 的 钢 窗 ， 可 补 充 18m2 天 窗 面 积 （ 1.5m×6m×2=18m2 ） . 在 选 择 窗 的 尺 寸 时，应注意尽可能采用标准构件尺寸。
2011年一级建筑物理与建筑设备辅导资料：天然采光基本知识
天然采光设计是以太阳为光源的建筑环境采光设计。
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／m2)，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。
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，(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。
天然采光的标准
天然采光的标准天然采光标准的重要性与实施天然采光，作为建筑设计和城市规划中的重要因素，近年来备受关注。
随着绿色、可持续发展理念的深入人心，天然采光不仅关乎建筑美学，更与节能减排、居住者的健康和生活质量紧密相连。
一、天然采光标准的意义1.节能减排：天然采光能够减少对人工照明的依赖，从而减少电能的消耗，降低碳排放，助力实现碳中和目标。
2.提升居住体验：充足的天然光线能够营造舒适、开阔的空间感，有助于调节人的生物钟，提高工作效率和生活品质。
3.促进健康：天然光线具有杀菌作用，能够减少室内细菌和病毒的数量，同时，适当的光照还能促进人体合成维生素D，有助于骨骼健康。
4.经济效益：长远来看，利用天然采光能够降低照明费用和维护成本，为业主带来持续的经济效益。
二、天然采光标准为确保天然采光的充足与合适，以下是一些建议性标准：1.采光系数：即室内工作面上接受到的天然光通量与室外晴朗天空下的光通量之比。
一般来说，办公、学习等场所的采光系数应不低于3%，而工业、仓库等场所可适当降低至1%~2%。
2.光线分布：天然光线在室内的分布应当均匀，避免出现强光和阴影交替的情况，以确保视觉舒适。
3.色彩还原：天然光线下的物体颜色应当真实还原，避免出现色差，影响人们的视觉判断。
4.避免眩光：天然采光设计应避免直射阳光造成的眩光，以免干扰人们的工作和休息。
三、实施天然采光标准的策略为确保上述标准得到有效实施，以下是一些建议策略：1.建筑设计阶段：在建筑设计阶段，应充分考虑天然采光的需求，合理布局窗户和阳台，利用反射和折射原理，提高光线的利用效率。
2.材料选择：选择具有高透光性、低反射率的玻璃和窗框材料，以最大化利用天然光线。
3.绿化与遮阳设施：在窗户外部设置适当的绿化和遮阳设施，既能减少夏季的阳光直射，又能保证冬季的充足采光。
4.智能控制系统：引入智能控制系统，根据天气和时间自动调节窗户的开合和遮阳设施的角度，以实现最佳的天然采光效果。
第七章_天然采光
将全国光气候划分为5个分区．编制出全国光气候分区图及全 国年平均总照度分布图。全国总照度的分布特点如下： (1)全国各地夏季总照度最大，冬季总照度最小，春季总照度 大于秋季总照度。 (2)春、秋、冬和全年的总照度的高值和低值中心位于北纬25。 一30。的地带，高值中心位于青藏高原南部，低值中心位于四 川盆地。夏季总照度值增大，高值中心出现在青藏高原东北部， 低值中心在四川盆地和贵州东部。 (3)全国东部北纬40 。以北地区，春、秋、冬和全年总照度 值从东北往西南递增，夏季由于受云天和水汽的影响，总照度 值从东往西呈径向增大的趋势。 (4)新疆地区各季和全年的总照度值从北往南随纬度减少而递 增，夏、秋季总照度在北疆和南疆分别出现闭合低值中心；在 南疆的低值中心明显，在北疆的低值中心则不明显。
(二)、天空亮度分布
为了在采光设计中应用标准的光气候数据，国际照明委员会(C IE)根据世界各地对天空亮度观测的结果，提出了全阴天空亮 度分布的数学模型，供设计时选择．这种天空在同一高度的不 同方位上亮度相等，但是从地平面到天顶的不同高度上有以下 的亮度变化规律：
(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。 在国外，认为室外照度最低值在4000－60001x之间为适当。 我国采光设计标准规定室外临界照度为50001x，重庆及其附 近地区可取4000lx 。
（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 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 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 扩散光照度较大，北方和西北以太阳直射光为主。
天然采光建筑的原理和应用
天然采光建筑的原理和应用1. 前言天然采光是一种有效利用自然光线照明室内空间的方法，在建筑设计中得到广泛应用。
本文将介绍天然采光建筑的原理、分类以及在实际应用中的一些考虑因素。
2. 原理天然采光是通过设计建筑的窗户和天窗等来使室内空间能够直接接收到自然光的一种方式。
以下是一些常见的天然采光原理：•直射采光：通过窗户将自然光直接引入室内空间，达到照明的效果。
这种方法适用于南向或北向的窗户，可以最大限度地利用太阳光线。
•间接采光：通过反射、漫反射和折射等方式将室外光线引入室内。
例如，在窗户上设置反光层或反光板，利用光线的反射来达到照明的效果。
•天窗采光：利用天窗将室外光线引入屋内。
适用于屋顶平台、楼梯间等位置，能够在不增加外墙开口的情况下增加采光效果。
3. 应用天然采光建筑的应用范围非常广泛，从住宅到商业建筑、办公楼和公共场所等都可以采用天然采光的设计。
以下是一些常见的天然采光建筑的应用：3.1 住宅建筑在住宅建筑中，天然采光能够提供舒适的室内环境，减少对人眼的伤害，同时节省能源。
以下是一些常见的天然采光在住宅建筑中的应用：•高大的窗户和大面积的玻璃幕墙能够最大限度地引入自然光线。
•阳台和庭院的设计能够增加室内采光的面积。
•学习室、客厅等常用空间需要设计合适的天然采光方案，以确保足够的光线照明。
3.2 商业建筑和办公楼在商业建筑和办公楼中，天然采光不仅能提供良好的照明效果，还能提高员工的工作效率和工作环境舒适度。
以下是一些常见的天然采光在商业建筑和办公楼中的应用：•适当的窗户和天窗设计能够减少对人眼的疲劳感，提高工作效率。
•利用采光井和天窗来引入自然光线，减少人工照明的需求。
3.3 公共场所在公共场所，天然采光能够提供舒适的环境，增加空间的可用性。
以下是一些常见的公共场所中的天然采光应用：•广场和公园等露天场所的设计需要充分利用太阳光线来提供照明。
•商场和展览馆等室内场所需要设计合理的天窗和采光井，以增加自然光的使用。
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可求不同光气候分区的采光系数标准
光气候系数
分区 K值
Ⅰ 0.85 6000
Ⅱ 0.90 5500
Ⅲ 1 5000
Ⅳ 1.1 4500
Ⅴ 1.2 4000
室外临界照度 （lx）
2． 2
采光口 固定、可开启、侧窗、天窗
一．侧窗（低侧窗、高侧窗）
特点：
构造简单、维修方便、价格便宜
光线从一侧投入，有显著的方向性 立体物件可形成良好的光影造型 工作台与窗口垂直布置可避免眩光 可看见室外景物
亮度计算式
1 2 sin L Lz 3
Lθ——离地面θ角处的天空亮度
Lz ——天顶亮度
影响全云天地面照度的因素：
太阳高度角
云状 低云层、高云层（水晶反射）
地面反射能力
大气透明度
光气候分区 室外年平均总照度（klx） Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Eq≥28 26≤Eq＜28 24≤Eq＜26 22≤Eq＜24 Eq＜22
二．采光质量 1．采光均匀度（Ⅰ～Ⅳ级时≮0.7） 2．合适的光反射比（P158表2.2—5） 3．限制眩光 直射阳光 不以窗口为背景 窗亮度 浅色饰面 4 ．防止紫外线的进入
三．采光计算
侧面采光、顶部采光
计算点的选定
单侧 对称双侧 矩形天窗 取内墙1m点 中点 图示
多跨锯齿形 两跨交点
计算公式（侧面采光）
后查P184表2.2—12得到K’ρ
Ap Aq Ad Ac
p Ap q Aq d Ad c Ac
其中： ρp、ρq、ρd、ρc 、 Ap、Aq、Ad、Ac
分别为顶棚、墙面、地面、窗口的
反光系数和表面积
Kw——室外建筑物等的挡光折减系数 查P184表2.2—13 其中Dd——遮挡物至窗口的距离
l——房间长度
b——房间进深 B——计算点至窗的距离 hc——窗高
求出B/hc、l/b查图可求得C’d
K’τ——总透光系数
K’τ=τ×τc×τw
τ ——采光材料的透光系数 P143表2.1—3
τc——窗结构的挡光折减系数 P183表2.2—10 τw——窗玻璃污染折减系数 P183表2.2—11
K’ρ——室内反射光增量系数 由公式求得来自二．天窗形式：
矩形、M形、玻璃倾斜天窗、锯齿形、平天窗
效果：
矩形100% M形100% 玻璃倾斜天窗有所增加 锯齿形120%
平天窗230—300%
1．矩形天窗
特点：
采光效率（进光量/窗口面积）低
眩光小
便于组织自然通风
尺寸： 天窗跨度（天窗宽度）大 则平均照度高、均匀度好
过大，相互遮挡
过小，气流短路
3．平天窗
特点： 采光效率高 布置灵活、构造简单
有眩光
室内过热
向下滴水
易积灰 采光顶棚：中庭、大型市场 体育馆、博物馆、温室
2．3 采光设计 一．面积估算（窗地面积比）
①住宅 房间名称 卧室、起居室、厨房 厕所、卫生间、过厅 楼梯间、走廊 窗地比 1/7 1/10 1/14
②医院 房间名称 诊查室、病人活动室、检验室、 医生办公室 候诊室、病房、配餐室、医护 人员休息室 更衣室、浴室、厕所 窗地比 1/6 1/7
1/8
③学校
房间名称 采光系数 Cmin(%) 窗地比 1/6 1/6
普通教室、美术教室、音乐教室、 （课桌面） 1． 5 阅览室、办公室 实验室、自然教室 （实验台面） 1． 5
微型电子计算机教室
饮水处、厕所、浴室
（机台面） 1． 5 （地面） 0． 5
1/6
1/10
④图书馆
采光系数Cmin(%) 窗地比 2 1/4 阅览室 1/6 1．5 目录室、视听室、缩微阅览 室、业务办公室、书库 （开架） 1/6 （展示面）1．5 陈列室 1/10 0．5 书库（闭架）、门厅、走廊、 楼梯间 房间名称
采光效果： 低侧窗：近窗处光线好
高侧窗：均匀性好
采光量（室内各点照度总和）： 正长方形＞竖长方形＞横长方形 影响因素： 透过窗口看见的天空面积大小 全云天时，天顶比地平面附近亮 光线与受照面的夹角大则照度越高 室外景物对天空视域的遮挡 控制： 单侧采光 进深/窗上沿距工作面b/h≤1.5—2倍 b≤2.5h
0.4—0.6b（b为房间跨度）
天窗下沿至工作面的高度hs 大则照度低、均匀度好 hs/b=0.45—0.7
天窗轴方向： 与阳光是否直射有关 横向天窗
2．锯齿形天窗
特点：
可充分利用顶棚的反射光
采光效率高
窗口朝北布置时光线稳定 室内温湿度波动及眩光小 纺织厂、美术馆 尺寸： 天窗间距≯2倍天窗下沿高度
Hd——对面遮挡物的平均高度
无直射光、室外无遮挡、同时刻
采光系数标准 根据视觉工作的难度、 室外的有效（临界）照度确定 临界照度：一般5000lx 10小时 重庆等4000lx 当室内照度一定，临界照度高， 采光系数标准值小， 窗小，利用时间短，不经济 采光系数标准值大， 窗大，得热和失热增加，浪费能源
识别细节的尺寸，五个等级， P156表2—3具体场所 已知采光系数可求室内绝对照度 亮度均匀 顶部采光，照度均匀度≥0.7 （室内照度最小值/室内照度平均值） 可求平均值
影响室外照度的因素： 太阳高度角：南方高于北方 云 云量：从北向南逐渐增多，
长江中下游较多，四川盆地最多
云状：南方以低云为主，北方以
高、中云为主
日照率：由北、西北往东南 方向逐渐减少，四川盆地最低
二．采光标准 采光系数
Ei C 100% Ee
Ei——室内某一点的照度
Ee——室外水平面上的照度
Cmin=C’d×K’τ ×K’ρ ×Kw ×Kc × Kf
Cmin——采光系数最低值（计算值）
C’d——窗洞口的采光系数 K’τ——总透光系数 K’ρ——室内反射光增量系数 Kw——室外建筑物等的挡光折减系数 Kc——窗宽修正系数 Kf——晴天方向系数
C’d——窗洞口的采光系数 按P183图2.2—49确定
第二章 天然采光 有利处： 天然光下灵敏度更高 人与大自然沟通的方式 节能 表现建筑艺术造型、材料质感、 渲染室内环境气氛 不利处： 夜晚 房间深 地下室
2．1 光气候及采光标准 一．光气候 影响室外光线变化的气象因素
直射光、散射光
天空亮度分布
晴天：云占0—3/10
多云天：云占4—7/10 全云天：云占8—10/10