室内昼光眩光的计算与评价

室内昼光眩光的计算与评价

摘要：文章介绍了室内昼光眩光的计算和评价方法，并利用计算机程序对昼光眩光进行了模拟计算和评价。

关键词：天然光环境；眩光；计算机模拟；

１、引言

光环境是建筑环境中的一个重要组成部分。良好的光环境不仅能满足人们生活和工作的功能要求，还能创造出丰富的艺术效果。人眼在长期进化的过程中，适应了天然光，在天然光环境中具有更高的视觉功效。同时，天然光是一种取之不尽、用之不竭的资源，充分利用天然光可节省大量的照明用电，从而减少自然资源的消耗及有害气体的排放，达到节约能源和保护环境的目的。因此，天然采光是绿色照明的重要内容之一。

窗是最主要的一种采光形式，同时也是人和大自然的交流媒介。建筑师在设计时，往往采用大面积玻璃窗和玻璃幕墙，为室内空间创造出明快的环境气氛，为室外空间构成富有表现力的建筑立面。在过分注重光的艺术效果的同时，窗引起的昼光不舒适眩光在很大程度上影响了天然光环境的质量。因此，有必要进行科学、准确的计算，为建筑师提供设计依据。

计算机技术的飞速发展，使得利用计算机对天然光进行模拟分析成为可能。为此，本文作者编写了用于计算昼光眩光的计算机程序，通过输入设定好的计算条件，程序会给出昼光眩光的计算结果，可供设计人员参考。

２、研究状况

英、美、法和比利时等国对窗的不舒适眩光进行了比较深入的研究，在计算和评价方法上取得了重大成果。以下从评价原则、计算和评价方法及评价标准几个方面作简要介绍。

２．１评价原则

即使在白天，建筑物室内往往也会使用人工光源照明。因此，在室内昼光眩光的计算中，需要考虑室内常设辅助照明（ＰＳＡＬＩ）的影响。在预测室内不舒适眩光时需要综合考虑昼光和人工照明两者的作用。

在评价时，原则如下：

（１）两种情况下的不舒适眩光程度需要分别计算；

（２）如果两种情况下的眩光都分别能接受，则两者叠加的结果也是满足要求的；

（３）如果两种情况下的眩光都不能接受，则最终叠加的结果也是不能接受的；

（４）如果其中一种情况下的眩光能够接受，而另一种情况下的眩光不能接受，则视具体情况而定。

在本文中，不考虑人工照明的眩光影响，即假设人工照明设计已经满足不舒适眩光的要求，只需要考虑在有室内常设照明的条件下室内的昼光不舒适眩光的计算与评价，而室内照明只是对背景亮度有影响。

２．２计算和评价方法

各国的学者提出了多种计算和评价昼光不舒适眩光的方法。

20世纪６０~７０年代，Ｃｏｒｎｅｌｌ大学和英国的Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ对大面积光源的不舒适眩光进行了研究，并对窗的不舒适眩光（Gn）提出了如下的计算公式：

Gn=0.478■（1）

DGI=10log∑Gn（2）

?赘=■■（3）

其中，Ls——光源亮度，单位ｃｄ/ｍ２

Lb——视野内室内各表面的平均亮度，单位ｃｄ/ｍ２

?棕——窗的总立体角，单位球面度（Ｓｒ）

?赘——考虑位置修正窗的立体角，单位球面度（Sr）

P——位置指数

Ｐ．Ｃｈａｕｖｅｌ考虑到窗外景物、地面和天空亮度的不同，对上述公式作了修改：Gn=0.478■（４）

其中，Ls——通过窗所看到天空、遮挡物和地面的亮度，单位ｃｄ/ｍ２

Lb——观察者视野内室内各表面的平均亮度，单位ｃｄ/ｍ２

Lw——窗的平均亮度，单位ｃｄ/ｍ２

?棕——窗的总立体角，单位球面度（Sr）

?赘——考虑位置修正窗的立体角，单位球面度

由于上述ＤＧＩ公式存在着一些固有的矛盾，部分学者采用了其他评价方法对昼光眩光进行评价。一些学者引入统一眩光值ＵＧＲ公式进行计算。Ｔｏｓｈｉｅ等人提出了ＰＧＳＶ公式，用于预测人眼对于眩光的感觉；我国学者提出利用无眩光舒适度（Ｅ）对昼光不舒适眩光进行评价。

各国的学者对于昼光不舒适眩光的计算和评价的研究还在继续，由于各人的实验条件和实验对象的差异，得到的结果有很大的不同。但就目前来说，Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ提出的昼光眩光指数仍然是用于评价昼光眩光时最为常用的方法。

２．３评价标准

我国学者对生产车间窗眩光进行了大量的实测和评价，并参考国外有关标准，于１９９１年１１月１５日发布并实施了《工业企业采光设计标准》５００３３－９１，其中第四章“采光质量”的４．０．２规定侧窗的不舒适眩光应符合表1中的规定。

３昼光眩光的计算机模拟

根据已有的理论和研究成果，本文作者编写了用于计算昼光不舒适眩光的计算机程序ＷＧＩ，程序中采用的是Ｐ．Ｃｈａｕｖｅｌ的计算公式。

３．１ＷＧＩ程序介绍

程序的主要功能是计算不同条件下的昼光眩光指数，以便设计师从限制昼光眩光的角度优化开窗的大小和位置。程序可以计算多个窗户的眩光效应，同时考虑了窗外景物对窗亮度的影响。

输入条件包括：

城市地理信息：城市、所在省份、经度、纬度、光气候区；

房间参数：几何尺寸、反射比、评价点位置、背景亮度；

窗户参数：几何尺寸、窗景比例、透过系数；

可供选择的天空类型：ＣＩＥ全晴天空和ＣＩＥ全阴天空；

计算时间：用户可选择一年中任何一天中的任意时刻。

输出结果为：

窗户的详细信息：如窗户的面积、透过率、窗的平均亮度和窗外天空的平均亮度以及窗户的眩光常数等；

昼光眩光指数ＤＧＩ；

无眩光舒适度Ｅ。

用户还可以将这些详细的计算结果输出到一个文本文件中。

３．２程序应用

3.2.1 小房间模型

为了研究各种因素对昼光眩光的影响，这里建立了一组小房间模型，房间的各参数如下：房间尺寸：Ｗ＝３．６ｍ，Ｌ＝６ｍ，Ｈ＝３ｍ

窗户参数：ｈ＝１．５ｍ，ｗ＝１．２ｍ，ｈｓ＝１．２ｍ

观测点位置：Ｘ＝１．８ｍ，Ｙ＝５ｍ，Ｚ＝１．２ｍ

室内各表面反射比参数如表2所示：

房间的尺寸如图1、图2所示。

计算内容：

从窗户看到５０％和１００％天空的窗玻璃透过率为８６％和４４％。房间装修色为浅色和深色，分别计算春分、夏至、秋分、冬至四个节气４个房间全天逐时的昼光眩光指数。计算地区为北京地区。

这里利用了ＤｅｓｋｔｏｐＲａｄｉａｎｃｅ软件对平均亮度进行计算。该软件作为目前流行的计算机辅助设计ＣＡＤ平台上的外挂模块使用，可以为用户提供三维建模和交互功能，并能够利用辐射度合成图像系统提供渲染和分析结果。是用于建筑光环境设计与分析，并优化其采光和照明系统的工具软件。

将各参数输入到ＷＧＩ程序中，经计算可得到各种情况下的昼光眩光指数，整理后得到下列各图。