建筑物理光学第二章

不同类型玻璃的采光效果 通过采用乳白色玻璃。玻璃砖等扩散透光材料，可以在一 定程度上提高房间深处的照度。
侧窗采光实例
香港汇丰银行——利用反光镜
2、天窗（toplighting） 用于内区、中庭和顶层。侧窗采光净深处照明强度会弱， 不均匀，如果条件允许可以用天窗采光来改善采光效果。天窗 是在屋顶上开窗。天窗采光室内照度分布均匀，强度大，给人 的心理感受好。宾馆、餐厅大堂等当条件允许时应设天窗，空 间大时用天窗效果更好，唯一的缺点是受地点限制突出。 天窗一般可分为 矩形天窗（Roof monitor） 锯齿形天窗（Sawtooth） 平天窗（Skylight） 中厅（Atrium）
建筑光学
第二章 建筑采光 Architectural Lighting
本章教学内容
天然采光 采光口 采光设计 采光计算
教学基本要求 1) 熟练掌握采光口的形状、大小和位置对室内光线分布的影 响； 2) 掌握采光计算图表的应用。 3）掌握采光设计的步骤
2．1天然采光（Daylighting）
1、光气候与采光标准 2、采光标准
分区 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
K值 E值
0.85 6000
0.90 5500
1.00 5000
1.10 4500
1.20 4000
注：此表仅仅适用于三类光气候区，其他地区按照所处的光气候 选择相应的光气候系数。
（4）照度均匀度： a定义：在假定工作面上的采光系数的最低值与平均值之比（或 室内照度最低值与室内照度平均值之比）。 b标准规定：顶部采光Ⅰ－Ⅳ级采光等级采光均匀度在0.7以 上，但对顶部采光Ⅴ级和侧面采光的采光均匀度无规定。 （5）眩光限制： a减少或避免直射光 b视觉背景不应为窗口 c可采用室内外遮挡措施降低窗亮度或减少天空视域 d窗内表面用浅色饰面
3
全云天天顶亮度为地平线附近的天空亮度的3倍。
注：在采光设计与计算中，都是假定天空为全云天天空。
（5）我国光气候概况： a影响室外地面照度的因素：太阳高度角、云状、云量与日照 率。 b我国光气候特点： · 中国南方以低云为主，天空扩散光照度大。 · 中国北方和西北地区以太阳直射光为主。 · 中国全年平均总照度最低值在四川盆地，为20klx。
（1）矩形天窗（Roof monitor）：（一般民建用的少，工建用 的多，多应用于单层工业厂房） a特点：采光系数最高值一般在室内中央，两侧较低。 b优点：照度均匀，不宜形成眩光，利于通风。 c几何尺寸对采光影响大：天窗宽度（bmo），天窗位置高度 （hx），天窗间距（dc），相邻天窗玻璃间距（bx），天窗高 度（hc）。 d可保证5％的平均采光系数，适合中等精密度工作，兼顾通 风。 e矩形天窗包括：纵向矩形天窗，梯形天窗，横向矩形天窗等。
（3）晴天（sunny days）： a晴天是指天空无云或很少云（0－3级）。 b晴天的地面照度分为直射光照度（90%）和扩射光（10%）照 度，都随太阳的高升而增大。 c由立体角投影定律得，室内一点的照度取决于从该点通过窗口 所看到的天空的亮度。
d测量表明：晴天亮度分布随大气透明度、太阳和计算点在天空 中的相对位置而变化。其中，最亮处在太阳附近，太阳亮度可 以达到20万熙提，天空亮度一般是0.2－2.0熙提。离太阳越 远，亮度越低，最暗处在子午圈上、与太阳成90度处。 e晴天建筑朝向对室内采光影响较大（朝阳、背阳），朝阳房间 面对太阳所处的半边天，天空亮度较高，室内照度较大。
地域差异性
（2）光气候（light climate）： a定义：指由太阳直射光、天空扩散光和地面反射光形成的天然 光平均状况。 b天然光的组成与影响因素： 天然光(daylight)包括：太阳直射光（direct sunlight）、天 空扩散光（diffuse skylight）和地面反射光（diffuse light reflected for building、ground or objects）。 · 直接光：太阳光穿过大气层时，一部分透过大气层达到地面， 称为直接光。它形成的照度高，并具有一定的方向，在物体背 后出现明显的阴影。
2、采光标准（参考建筑采光设计标准GB/T50033－ 2001）
（1）采光系数（daylight factor，DF）： a定义：室内某一点的天然光照度（En）和同一时间的室外无遮 挡水平面上的天空扩散光照度（Ew）的比值C。即： C＝ En ×100％
Ew
b为什么使用采光系数？ 换算 · 侧窗用采光系数最低值Cmin · 天窗用采光系数平均值Cav
（4）全云天（Overcast days）： a定义：指天空全部为云所遮盖，看不见太阳（只有天空扩散 光，无阴影）。 b全云天地面照度取决于： 太阳高度角——中午>早晚 云状——低云<高云 地表面反射能力——积雪或者满铺白沙 大气透明度——污染
c全云天天空亮度分布特点： · 天空亮度稳定，不受太阳位置影响 · 天空亮度分布描述公式（Moon－Spencer formula）： L＝Lz 1 2 sin 标准全云天计算式
从影响室外地面照度的主要因素来看：我国地域辽阔，同 一时刻南北方的太阳高度角相差很大；从日照率看，由北、西 北往东南方向逐渐减少，而以四川盆地一带为最低；从云量 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；以云状看， 南方以低云为主，向北逐渐以高、中云为主。 这些特点说明，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为主。
c采光系数标准值（recommended minimun DFs）： · 临界照度（El）：室内完全利用天然光进行工作时的室外天然 光照度最低值。
经过对已建成建筑采光现状进行的现场调查，采光口的经 济分析以及我国光气侯特征和国民经济发展等因素的分析，将 视觉工作分为5级，提出了各级视觉工作要求的天然光照度最低 值为250lx、150lx、100lx、50lx、25lx。
c几种常见的单侧窗形式：居住建筑侧窗平均采光系数是2－1％。
其他影响 与天气状况相似（如晴天、朝阳、背阳、全云天等）
（5）双侧窗： 在相对两面侧墙开窗能将采光进深加倍，同时缓和实墙与窗洞 间的亮度对比。相邻两面墙上都开侧窗，在缓和墙与窗的对比 上效果更显著，但采光进深增加有限。 （6）侧窗改善措施： a提高窗位置高度（如高侧窗窗台高2m以上，采光均匀性可以改 善。 b使用扩散透光材料（如乳白玻璃，玻璃砖等）。 c使用定向折射玻璃。 d增加反射装置（如镜像折射玻璃，在天花板上和窗户偏上位置 做反光板，反光板只在室外做效果好一些，南方如华南理工反 光板多）。 e倾斜屋面，增强室内进深照度。
采光效率：平天窗>梯形天窗>锯齿形天窗>矩形天窗
3、窗玻璃的选择
（1）选择原则：
透光量的大小，透射光的分布以及玻璃的热工特性。
（2）玻璃种类： a透明玻璃：（平板玻璃、夹丝玻璃、透明玻璃砖、聚丙烯塑料 板等） 特性：透过光线而不改变光方向和颜色，属定向透射材料。 改善：带空气间层（6－20mm）的双层玻璃，光投射比减少10 ％，传热系数减少50％。
平天窗施工方便，造价低，仅为矩形天窗的21－37％ 。
平天窗在水平面的投影面积较同样面积的垂直窗的投影面积大。
（4）井式天窗： 井式天窗为通风上的要求，只在屋架的局部作成开口，使进口 较小，起抽风作用。主要用于热车间。
采光系数在1%以下，注意防尘问题。
（6）不同类型天窗采光效率比较： 平、剖面相同，且天然采光系数最低值为5％时：
窗台高度变高时，室内深处的照度变化不大，近窗处的照 度变化很大，而且出现拐点。
窗台高度变化时室内采光的影响
（4）单侧窗： a应用：进深不大，仅有一面外墙的房间，普遍利用单侧窗采 光。单侧采光房间的进深一般不超过窗上沿高度的2—5倍为 宜。 b主要优点：光线自一侧投射，有显著的方向性，使人侧容貌和 立体物件形成良好的光影造型。当工作位置与有窗的外墙向垂 直布置时，能有效避免光幕反射和不舒适的眩光。
（3）平天窗（Skylight） a特点：玻璃面接近水平，光照水平 投影面大。 b优点：结构简单，施工方便，采光 效率高（比矩形天窗高2－3倍），易 布置，均匀性好。 c在屋面的位置、间距对采光影响较 大。 d单跨内设几排天窗的原则：dc<=2.5 hx。 e应注意防污染，采光口远离通风 口。

f应注意防直射光（得热＋眩光），平天窗易产生眩光和过热现 象需采取措施避免。 g应注意防凝结水（平天窗在北方寒冷地区要有防凝水措施）。 h平天窗布置灵活，照度易于达到均匀。 i平天窗有多种做法，可用于多种屋面。 j考虑到采光和通风，通风孔和采光口综合考虑，有的作成通风 采光合用窗。
b有色吸热玻璃：（以前公建常用，现在一般不用这种玻璃，而 选择无色吸热玻璃） 特性：可以将一部分吸收的太阳能排除室外，能够选择进入室 内光的颜色。 效果：减低进入室内太阳光的热量，改善室内的亮度状况。
1、侧窗（sidelighting）
采光口面积相等、窗底边等高时： 采光量：正方形>竖长方形>横长方形 照度均匀性：竖长方形（进深） 横长方形（宽度）
（1）侧窗采光优点： a构造简单，布置方便，造价低。 b光线方向性强，有利于形成阴影。 c对观看立体物件特别适宜，并可直接看到外界景物，扩大视 野，被普遍使用。
（2）锯齿形天窗（Sawtooth）： a特点：单向采光，顶板反光，较高侧窗均 匀，方向性强。 b优点：采光效率高于纵向矩形天窗，采光 均匀，可防直射光。 c朝向对采光分布影响较大 d可保证7％的平均采光系数，能满足精密 工作车间采光要求。 e单跨内设几排天窗的原则：dc<=2hx f当采光系数相同时，锯齿形天窗比矩 形天窗的玻璃面积少15－20％。
· 天空扩散光：太阳光中一部分碰到大气层中空气分子、灰尘、 水蒸气等微粒，产生多次反射，形成天空扩散光。它使天空具 有一定亮度，这部分光形成的照度较低，没有一定方向，不能 形成阴影。