国际上建筑天然采光研究的新动态

2007年6月
第18卷　第2期照明工程学报
ZH AOMI NG G ONG CHE NG X UE BAO Jun.　2007
V ol 118　N o 12
李　卓　王爱英
(天津大学建筑学院,天津　300072)
摘　要:太阳光是随处可以利用的可再生能源,天然采光是建筑可持续发展的重要方面。

本文回顾了近年来国际上比较关注的天然采光方面的研究及主要成果,提出了近期的主要研究热点和需要解决的问题。

关键词:CIE 标准天空模型;天空亮度分布;太阳辐射;天然采光;热工采光一体化设计
Development of I nternational R esearch for Architectural Daylighting
Li Zhuo Wang Aiying
(The Institute o f Architecture ,Tianjin Univer sity ,Tianjin 300072)
Abstract
S olar radiation and daylight are renewable energy which can be used every where.Daylighting has been an im portant part of the Architectural sustainable development.The paper reviewed the recent advancement of internationally concerned daylighting research and the primary results.The main research subject and urgent problems in this field are als o discussed.
K ey w ords :CIE standard sky m odel ;sky luminance distribution ;s olar radiation ;daylighting ;integrated daylighting and thermal design
3国家自然科学基金(N o.50608053)项目资助。

前言
对于采光设计的研究自1990年以来取得了举世
瞩目的发展:国际天然光观测计划,新的天空亮度分布的经验模型,CIE 一般天空标准,精确的建模软件,先进的天然光传输装置,天然采光和人工照明的节能一体化以及一些给设计者的指导方针。

目前关于照明的研究相比初始阶段的课题有了明显的改变:研究不再单纯是增加知识,而是趋于形成新
的概念框架。

其中天空模型、太阳辐射观测和建模、热带地区天然采光和热工采光一体化这四个主题成为众多研究者关注的焦点,而天空模型的研究作为一切天然采光研究的基础,更是成为重中之重。

1　天空模型
天然光一直以来在人们生活中起着举足轻重的作用。

它关系到人体的健康和生活的舒适,可以说它决定了建筑室内环境的质量。

要正确完成能量模拟,就必须知道一年中的天然光条件。

定义不同气候,不同地区的天然光条件有很多种方法。

所得照
度的方法可以对照度变化,照度水平和照度差又一个比较直观的认识(Dum ortier等,1994)。

因为照度是通过窗户立体角的天空亮度综合计算得来的,因此确定不同情况下的天空亮度分布非常重要。

大部分模拟软件中使用的是CIE全阴天空和CIE晴天空,比如,程序S UPER LITE就是利用了均匀天空CIE全阴天空、有直射阳光的或者没有直射阳光的CIE晴天空来模拟亮度分布的(Baker等,1993)。

这些天空条件也同样被应用于gensky程序中,该程序是RADI ANCE程序包的组成部分。

通常在模拟软件中只包含CIE全阴天空和CIE晴天空。

这些极端的天空模型可以用于窗户设计中,但是对于能量模拟,它并不能充分再现现实中出现的真实条件。

需要一种标准方法来协调天然光设计和采光效果。

在研究天然光的过程中要得到可信赖的统计学结论,要求知道关于总辐射,散射辐射,总照度,散射照度,天空亮度等参数一系列的长期观测结果。

世界上现有的大部分天然光观测站都是依照世界照明委员会(CIE)的建议设立并依照成立于1990年的国际天然光观测系统(I DMP)程序进行操作。

然而,这些观测站非常有限,因此,这个国际网络目前还不完整。

建立天空亮度模型在很长时间以来一直是许多研究者的目标。

CIE曾经提出了晴天空[1]以及在M oon和S pencer提出的模型基础上的全阴天空的亮度分布标准[2]。

这些亮度分布模型不适用于部分有云天空,因此,人们一直在努力改进并提出新模型。

Perraudeau和Chauvel[3]提出了一个阴暗指数并建立了五种天空亮度分布类型。

Perez等人[4]为所有的天空类型提出了一个天顶亮度模型,它在美国的10个地点和英格兰中部的3个地点得到测试。

结果发现,它随时间和位置不同而有所不同。

K ittler等人[5,6]提出了天顶亮度与水平散射照度的比率(L
zΠD v),发光混浊度(T
v
)以及“相对等级函数”和“相对散射指数函数”的概念[7～9]。

这些部分经过合适的组合,产生了15种现实的关于天空亮度分布的天空类型(标准)。

Tregenza[10]利用他们的方法,调查了天然光条件对室内空间的影响,而Bartzokas等人[11,12]估价了欧洲中部某地和地中海东岸另一地方的天然光。

M.T.Markou和T.Muneer[13]等人研究了位于英格兰中部的谢菲尔德(北纬53138,西经115)在冬季室外的天然光条件。

此外日本九州大学、京都大学的一些教授[14]也进行了相应研究,提出了“全
天空模型”,用来代表从晴天空到全云天空的一系列天空亮度分布。

这项研究工作的目标是通过定义它们的亮度分布来使所有的天空条件标准化。

通过一个数字化等式,可以估算出所有类型天空的亮度和亮度分布。

111　CIE15种标准天空模型
K ittler等人在对伯克利(北纬3716度,西经12214度)1985～1986年间扫描观测的亮度数据以及1992年在东京(北纬3518度,东经13918度)和悉尼(南纬3319度,东经15112度)记录的扫描数据进行了彻底分析的基础上提出了新的15种标准天空。

这15种标准天空采用已有的CIE标准全阴天空和CIE标准晴天空,包括了世界上天空类型的所有可能性。

标准天空模型从水平方向到天顶以及随着与太阳的角距离的改变其亮度发生平稳的改变。

而且K ittler等人提出了一个有趣的参数L
zΠD v
来对天
空进行分类并建立了一组L
zΠD v曲线来定义提出的15种标准天空的特征。

11111　CIE一般天空公布后的相对亮度分布计算太阳和任意天空元的位置以及描述大气条件的参数a,b,c,d,e是作为已知参量来计算的。

任意天空元的位置是由天顶角Z,天空元与太阳子午线之间
的方位角差A
z
确定的,如图1所示,它与太阳之间的角距离可以用等式(1)计算得来。

图1　定义太阳和天空元位置的角距离
χ=arccos(cos Z
S
cos Z+sin Z S sin Z cos A Z)(1) 根据目前的CIE晴天空标准,任意天空元的亮
度L与天顶亮度L
Z的比值可以用一种函数等式表示出来:
Lγα
Lz
=f
(χ)φ(Z)
f(Zs)φ(0°)
(2)
6照明工程学报2007年6月　
亮度等级函数描述天空元亮度受天顶角的影响:φ(Z)=1+a exp(bΠcos Z)(3) 等式(2)同样可以应用于天顶值:
φ(0°)=1+a exp b
函数f是用于表示散射指数函数,描述天空元的相对亮度受距离太阳的角距离的影响:
f(χ)=1+c(exp(dχ)-exp(dπΠ2))+e cos2χ
(5)
在天顶的数值用等式(4)表示:
f(Zs)=1+c(exp(dZs)-exp(dπΠ2))+e cos2Zs
(6)
11112　标准参数
表1
Type Gradation Indikatrix a b c d e Description o f luminance distribution
1Ⅰ1410-01700-1100100CIE标准全云天空,亮度自天顶向下变化剧烈,沿方位角方向亮度均匀
2Ⅰ2410-01702-1150115全云天,亮度等级函数变化剧烈,随着与太阳距离的减小,亮度有微小增大
3Ⅱ1111-0180-1100100全云天,亮度等级函数变化平缓,沿方位角方向亮度均匀
4Ⅱ2111-0182-1150115全云天,亮度等级函数变化平缓,随着与太阳距离的减小,亮度缓慢增大
5Ⅲ1010-1100-1100100均匀亮度天空
6Ⅲ2010-1102-1150115部分有云天空,自天顶向下没有亮度衰减,随着与太阳距离的减小,亮度缓慢增大
7Ⅲ3010-1105-2150130部分有云天空,自天顶向下没有亮度衰减,环太阳区域比其他区域亮度大
8Ⅲ4010-11010-3100145部分有云天空,自天顶向下没有亮度衰减,存在明显的太阳光环
9Ⅳ2-110-01552-1150115部分有云,太阳比较模糊
10Ⅳ3-110-01555-2150130部分有云,环太阳区域比其他区域亮度大11Ⅳ4-110-015510-3100145白-兰天空,存在明显的太阳光环
12Ⅴ4-110-013210-3100145CIE标准晴天空,低亮度混浊
13Ⅴ5-110-013216-3100130CIE标准晴天空,被污染的大气
14Ⅵ5-110-011516-3100130无云混浊天空,太阳光环范围比较大
15Ⅵ6-110-011524-2180115白-兰混浊天空,太阳光环范围比较大
如果用于窗户设计,眩光研究,能量分析,天然光气候分类和其他用途,等式(3)～(6)中的参数a到e可以从表1中选取。

他列出了15种标准相对亮度分布,其中包括用于等级函数的6组a,b 值和用于指数函数的c,d,e值,最后的曲线图如图2和图3所示。

在实际应用中,并不是6种等级函数和6种指数函数的所有组合,因为一些组合出现频率非常低,而另外一些却相当频繁,比如,全阴天空的等级函数曲线特征是呈下降趋势,指数函数曲线则差不多是平的,而晴天空的等级函数和指数函数随着逐渐靠近太阳都是呈上升趋势(K ittler和Darula2001)。

11113　相应研究成果
这一系列标准天空提供了一个现实的方法来对天然光进行建模,它不仅可以用于所有将来的建筑能耗模拟和最优化研究,也可以用于确定他们对环境和经济的影响。

此外,现在出现的这些标准化天空模型不仅可以为模拟程序提供更接近现实的天然采光和直射阳光的动态变化,同时这些模型还将能预先决定主要天空模型的当地的直射阳光持续时间,混浊度或空气污染情况的极端情况和绝对水平考虑在内。

112　标准天空亮度分布模型与观测数据的对比研究Tregenza使用四个观测站的天空亮度分布研究了这15种天空亮度模型,即代表了热带潮湿海洋性气候的新加坡(北纬115度,东经10318度),福冈(日本),G arston(英国,北纬5117度,西经014度)和Sheffield(英国,北纬5314度,西经115度)。

他报告说这一组标准为对实际天空进行分类提供了一个很好的全面的框架,而且其中的四个亮度模型就
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第18卷第2期李　卓等:国际上建筑天然采光研究的新动态
图2　
标准等级函数
图3　标准散射指数函数
可以充分描述出现在四个观测站的天空情况。

香港城市大学的Danny H.W.Li
[15]
等人用位于
亚热带的香港所观测的天空亮度数据对由K ittler ,Perez 和Darula 所建立的一组15种标准天空进行了
研究。

对结果的统计分析显示这一组标准天空能够充分涵括多样的天空条件。

将这个组缩减到5种天空对于建立亮度分布模型也是足够的。

Bartzokas 等人研究了欧洲中部一个城市(布拉
迪斯拉发)和地中海东岸一个城市(雅典)的照度水平,并定义了它们在冬季和夏季占主导地位的天空亮度分布。

所使用的数据是这两个城市I DMP 站5年内每隔5分钟观测得到的水平总辐射值,水平散射辐射值,水平总照度值,水平散射照度值以及天
顶亮度值。

这项研究基于CIE 近期提出的一系列新的天空模型。

这些天空标准对应了15种理论图表,这个观察曲线表示关于不同太阳高度下天顶亮度与水平散射照度的比率。

这些理论曲线在太阳高度大于35度时汇聚于一点,并且在大部分情况下它们之间是相交的。

因为这个原因,只有当天顶亮度与水平散射照度的比值位于描述特殊类别的理论曲线215%范围内,每个曲线被归类于15种天空标准中的一种。

如果某一观察曲线可以被归类于多于一种的天空标准,那就需要在相同的太阳高度角下,将相应的水平总照度与大气层外水平总照度的比值与天空类型对应的平均比值做对比,然后将该曲线归为比值最接近的那种天空类型。

此外还研究出根据地面辐射观测数据来确定天空条件分类的方法。

从卫星拍摄的照片上识别云目
前是一项常规的任务。

然而,从地面观察云,仍然
需要掌握关于云的条件的完整的描述。

在所有的标准气象变量中,太阳辐射受覆盖云量的影响最大。

西班牙的JOSEP C A LBO 提议了一种方法,使用太阳总辐射数据和散射辐射数据将天空条件划分为不同的类别。

利用了正统的最大值可能性方法来给数据分类。

这个方法应用在西班牙加泰罗尼亚某地点四年的太阳辐射数据和人工云量观测。

利用这些数据,当要辨别9种天空条件分类时,太阳辐射方法的精确度与人工观测相比为45%,而且当仅划分为5种不同的天空分类时,精确度则增长到接近60%。

大部分的错误是由于数据库的局限性造成的;因此,正在进行下一步的工作,以得到一个更合适的数据库。

113　新的天空亮度分布模型带来的新研究
传统的采光系数(DF )计算方法是在单一的全阴天空条件下应用的,然而它已经不能满足在非全阴天空条件下由于太阳位置变化而引起的天然光亮度和照度的动态变化。

目前,香港城市大学的Danny H.W.Li 等人提出了一种数字化计算方法,在这个方法中考虑了天空元的亮度变化,可以预测在CIE15种标准天空条件下室内的天然光照度。

这个方法中利用了一个典型房间,面朝北,带有一扇大的垂直玻璃窗。

这个房间在每个月平均每小时不同的太阳位置时根据DF 可以获得的天然光以及照度水平确定之后,与电脑程序(即RADI ANCE )的计算结果作对比。

当在窗户正面形成非常明确的阴
8照明工程学报2007年6月　
影时,改变地板的反射率。

结论表明,用所提出的方法估算出的结果与RADI ANCE的计算结果非常吻合。

同样利用刚提出的方法和传统的DF方法也可以确定出室内的天然光和照明能耗。

研究结果证明在采光设计中应用已有的CIE全阴天空会在很大程度上低估室内所获得天然光以及人工照明的能耗,尤其是在设计室内照明灯具时。

2　太阳辐射的观测和建模
太阳辐射和天然光是地球上万物赖以生存的首要因素。

天然光通过光合作用为人类提供食物,并随其日变化和季节变化来影响人类的生活习惯。

在光和辐射的测量领域美国总体居世界领先地位,德国、日本、英国、法国紧随其后,民营高技术企业的迅速发展,使中国近年来在此领域迅速崛起,在传统的光和辐射测量仪器领域,中国与世界先进的差距越来越小,但中国在光和辐射测量领域确实还有许多尖端技术、最新技术尚未开展深入的研究工作。

建筑师和土木工程师在设计合适的建筑物洞口过程中,为了节能,需要准确地了解室外的天然光照度。

采光设计以及它对于建筑耗能的含义相当复杂。

目前有一些电脑模拟软件(例如ADE LI NE[16]和DOE22[17])可以用来对有采光设计装置的建筑进行每小时的热量和能耗计算。

要进行这些每小时的能量模拟就需要相关的气候参数来确认合适的天空亮度模型。

如今,用于描述阳光条件、天窗条件以及它们与太阳辐射气候之间联系的参数有很多种。

散射照度水平是一个将天空亮度模型与其对应的天窗条件联系起来的复杂的概念,它往往与直射阳光照度一起用来准确定义一些可能出现的真实情况,它可以是观测得到的结果,也可以是用一些相关参数预测得来的。

对于I DMP(国际天然光观测系统)站观测收集的数据的估价对于他们研究所必须的参数和一般等式的预测以及相互的对比来说同样是问题。

R. K ittler和S.Darula[18]尝试指出了将太阳辐射和光气候规格与CIE为标准化所提出的一系列新的天空模型联系起来的过程中所出现的多种问题以及相应的解决方法。

任何一种有关能量的应用都需要有容易获得的该地点的长期太阳辐射数据。

一个典型的数据库包括太阳总辐射,直射太阳辐射,散射太阳辐射,日照持续时间以及一些像覆盖云量,大气浑浊度,湿度,温度等等这样的补充数据。

然而,大部分观测站所提供的数据不完整,主要是由于观测仪器引起的资金和维护费用导致无法获得一些有关的太阳数据。

比如,总辐射是最常被测得的参数,而它的分量,即散射辐射和直接辐射往往没有观测数据。

英国纳皮尔大学工程学院的Muneer等人对气象辐射模型M AM进行了改进,通过将日照信息合并进入模型,成为一个建立在天气信息基础上的简单的宽带辐射估测模型。

Muneer[19]使用基于直射阳光部分的衰减将原始模型作了改进,以提高水平散射辐射估算的精确度,从而提高总水平辐射估算的精确度。

对模型的改进结果大大减小了估算数据与实测数据之间的误差。

改进后的气象辐射模型, I MRM,比先前的计算更加精确,其精确度在某些情况下高达70%。

这个模型利用下面数据得到了证实:从世界上10个地点收集到的数据和3个统计指标(计算得出的总辐射数据与实测所得总辐射数据之间的确定系数,平均误差,计算所得总辐射的平均平方根误差)。

通过与原始模型对比,新模型相比之下更贴近实际。

新的衰退系数无论对于精确数据库还是粗糙数据库在估算水平总辐射方面都更加精确。

因为附近的观测站没有观测直射阳光,大气压和温度,因此没有记录数据,这时就可以应用建立在覆盖云量基础上的辐射估算模型CRM。

经过将3种CRM与新提出的模型作对比发现,带有与本地相适合的系数的模型对于太阳辐射的估算比只是运用一般系数的CRM模型的精确度高很多。

这种新模型比旧一代的模型更贴近实际。

3　热带地区天然采光
赤道附近热带地区的天然采光是许多研究者都在探索的课题。

它在理论和实践中的重要意义都远远超出了其在温和气候国家的应用。

比如,寻求全球适用的天空亮度分布模型本质上就是这项研究的极端情况;天然采光带来的建筑上的进步和热带地区的通风建筑已经成为通用的原型;亚洲、非洲和南美洲大规模的城市化带来了全球效应并需要全世界做出反应,2002年1月在新加坡国立大学举行了
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第18卷第2期李　卓等:国际上建筑天然采光研究的新动态
热带地区采光会议。

而对于热带地区的采光,其中有几个方面的问题对于更多的研究要取得进展是至关重要的。

311　热带天空的发光度和多变性对天然采光带来的挑战
从泰国亚洲科技机构的天然光观测站得到的天空亮度和照度观测数据显示,在一年中每天的工作时间内都有可以利用的天然光。

然而,天然光的多变性为尝试定义天空特征以及发展天然光模型提出了挑战。

计算室内所获天然光和得热以及人工照明与天然采光的综合同样是一个挑战。

如果不留意计算,在空调建筑中眩光和得热的弊端会大大超过天然采光的益处。

这些问题是伴随晴天空和中间天空出现的,并且它们的出现频率占所有天空的60%。

从20世纪60年代起,人们就已经认识到在热带地区发展天然采光的潜力。

曾有结论指出单使用天窗(天空漫射光,不包括直射光)就可以节省人工照明耗能高达50%。

在泰国,虽然通过需求方管理计划和在发扬节能法案下执行的计划来大力提倡高效照明,但幕墙和大面积玻璃依然是当前建筑设计潮流中的流行元素。

因为所有的商业和公共建筑内都设有空调装置,这些大面积窗导致室内得热过多和其他热问题。

为了受益于天然采光,窗户系统中的洞口尺寸需要足够大从而使天然光可以入射建筑内部更深的地方。

然而,天然光过多会产生视觉问题和热问题,同时天然光和直射光固有的多变性更是增加了该问题的复杂性。

关键是要得到一个合理的洞口尺寸,从而在合适的天然光水平和其不利影响之间取得平衡。

热带地区空调建筑的天然采光,受视觉舒适度,热舒适,节能和天然光多变性的制约,给我们提出了一个严峻的课题,目前还没有一个圆满的解决方法。

312　热带地区天然采光的视觉标准
事实上,所有经实践检验的标准或法规在给予天然采光设计标准时都是依据能量:它们暗示最终呈现在视网膜上的照度是多少;或者天然光对于人类身体的价值;或者,可以节省的人工照明的能耗。

这些因素很重要,但是更深层次的是人们的满意度及采光性能:天然光线是如何在室内分布的,它是如何随着位置和时间的改变而改变的,对于这些的研究都是很有意义的。

希腊公立大学的K Parpairi教授对此做了相应研究,旨在调查采光质量是如何影响图书馆内部的使用者的。

它讨论了亮度在视觉感知质量领域的重要性并介绍了一种新的指标,即亮度差异(LD),用来代表亮度变化。

这个指标可以成功的用于判定使用者对采光质量的主观感觉,可以被用于预测使用者在天然光空间内的偏好。

然而,有关视觉感知的一个基本概念是我们能感知到什么取决于我们下意识所持有的假设:我们所看到的不是一个照相的表现或者一个亮度分布———它依赖于我们先前的经历,我们的文化记忆,观念和语言的基本结构。

因此我们得出:假设这里存在唯一的好的照明标准的理想组合是不可能的,即在柏林或者北京偏好的照明不一定是用于加尔各答。

313　地域性光气候
I DMP的主要成果就是CIE标准一般天空。

它定义了一系列天空亮度分布,都是以一对等式的形式来表达的。

正如现在的CIE晴天空和全云天空,它们的分布是均匀的连续的,它们定义的是相对亮度值,而非绝对值。

在建立有I DMP观测站的地方可以得到真实的亮度数据,但是这些数据不能通用,并且在赤道附近区域观测站非常稀少。

关于云量和云状信息,可得直射阳光和一些与热舒适相联系的天气特征,低纬度地区有明显的不同,但是并不是仅仅需要增加一些观测,而是需要知道亮度数值和一般概念以及使他们与其他气象现象相联系的概念之间的关系。

需要进行更多关于热带地区照明的研究,从而意识到I DMP了解全球可得天然光的潜力。

研究不同地区人们的需求与喜好的主观理论是同样重要的,先前有研究者研究过气候分区。

在建筑中尽量多的使用天然光有两个经常提出的原因:人们更喜欢天然光,节能。

第二个理由正确与否依赖于经济背景以及建筑结构,维护和能量的终生消耗。

多数研究发现,对于在温和气候环境下的建筑,比如学校和办公楼,当在白天设计为天然采光和电光源同时使用,并按规定操作时,终生消耗最少(无论是能量还是资金)。

这一点对于其他气候区域和其他建筑类型也许也成立,不过这是经验之谈,还需要经过验证。

然而,更复杂更有趣的是照明的本质与人们的期望和满意之间的联系,我们对此知之甚少,尤其是在热带环境中。

01照明工程学报2007年6月　
总之,需要一个可实施的设计指南。

世界各地数以万计的新建建筑在实际中遭遇这样那样的危机,或者无法对气候差异区别对待,或者没能满足不同使用者的要求,或者没能利用天然能源取代不可再生能源。

这些活生生的建筑给了我们强有力的证据:这个课题将继续成为研究者关注的焦点。

4　热工采光一体化
加拿大蒙特利尔肯考迪娅大学的Andreas K.做了办公建筑设计中的热工采光一体化分析,它是商业建筑立面在早期最优化设计研究项目的一部分。

遮阳设施用于控制所获阳光,同时为室内提供适宜的天然光。

提出了一个方法用来评价该遮阳形式对室内采光条件的效果以及它在整个建筑节能方面的效果。

通过对瞬时的热工和采光模拟之间的连续交互作用,得到了综合性能指标。

通风和遮阳系统不仅对周边空间的视觉效果和热舒适有最主要影响,而且还影响到能耗,峰值负荷,还可能影响到H VAC系统的尺寸。

此外,自动控制的遮阳设施连同可调节的人工照明系统和H VAC系统元件一起可以使用于照明,采暖和制冷的能耗最小化。

在设计和控制开窗和遮阳系统应一体化考虑以获得最优化解决方案。

建筑设计是一个复杂的过程,在考虑与建筑相关的不同系统时,需要在设计初级阶段就赶快做出决定。

不稳定的持续变化的外部气候条件对室内环境的影响大小取决于建筑维护结构。

而建筑周边空间的采光和热工性能则受窗户设计的影响。

随着建筑对采光的需求不断提高,商业建筑中的窗户面积也日益增大。

在建筑中利用天然采光,可以在大大节省人工照明能耗的同时创造出更高质量的室内环境(Lee et al.1998),倘若装有自动光电池控制的人工照明。

由于工人生产效率高,旷工次数减少带来的利益很可能会超过节能的能量(Heschong2002)。

然而很多设计者没有意识到需要平衡照明与采暖和制冷之间的能耗。

开窗面积大常常导致得热过多以及整年中的变化剧烈的热负荷,尤其是在热量不适宜时。

另外,办公建筑的南立面在晴天空下,剧烈的阳光会产生眩光问题。

为了控制太阳得热,创建一个高质量的室内环境,在过去十年间发明和使用了创新性的采光Π遮阳系统和动态的建筑维护构件,比如棱镜板和光线转向系统,太阳传输管, anidolic天顶洞口,全息光学元件等等。

因为同样的原因也研究了高级玻璃产品比如电致变色玻璃,热致变色玻璃,气致变色玻璃,热敏玻璃。

评价这些高级开窗Π遮阳系统性能的主要因素就是确定它们的光学特性和热工特性。

这些通常不是由生产商提供的,而且估量这些装置的透过性没有标准步骤作为参考。

可以使用多样的实验技术(Aleo等人,1994;
C ollins等人,2001;R osen feld等人,2001)或者复杂的理论模型(Rheault和Bilgcn1989;P frommer等人, 1996;M olina等人,2000)或者借助于高级软件(Reinhart和Walkenhorst2001)来评估这些性能。

遮阳提供应作为开窗系统设计中的一个整体来考虑,尤其是在建筑南立面上。

遮阳设施有多重功能:在需要制冷的季节阻挡直射阳光和得热,在采暖期使进入室内的阳光(得热)最大化;在晴天控制直射阳光转化为漫射光进入室内空间,而不产生眩光,同时,在全云天情况下,使尽可能多的天然光进入室内(ikos和Athienitis,2002)。

尽管外部条件持续变化,电动遮阳设施的动态控制,开窗系统,电光源照明和H VAC系统组件会在保持室内良好的热舒适和视觉舒适的前提下,使照明、采暖和制冷的能耗最小化(Lee等人,1998;Athienitis和T zem pelikos,2003)。

Andreas・k提出了一个用于在初级阶段的开窗和遮阳设计分析和最优化的综合解决方案。

首先,根据综合性能指标确定最优化窗户尺寸(用窗墙比来定义)。

可得日光比,热负荷峰值以及用于采暖和制冷的耗能的减少是基本判断依据。

不同遮阳形式对室内视觉舒适和热舒适性能的影响以及整个办公建筑周边空间的节能性能可以通过模拟的方式验证,并讨论控制策略的重要性,最后提出了用于判断的主要参数和最优化设计方法。

5　结语
在建筑光环境研究领域中,天然光的研究一直是重点。

充分利用天然光不仅可减少建筑运行的能源耗费,而且还可满足人类健康的需求。

本文综述了国内外近年对于天然光研究的新发展,提出了一些观点和看法,希望能带给广大建筑光学工作者一点启示。

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第18卷第2期李　卓等:国际上建筑天然采光研究的新动态。