工业厂房的天窗自然采光应用及模拟分析

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1、工业厂房的天窗自然采光应用及模拟分析中国建筑设计研究院李天阳郝军李莹摘要本文主要研究顶部采光在工业厂房中的应用。采用模拟计算方法分析工业厂房室内采光系数，典型工况下室内照度以及挖掘自然采光所带来的人工照明节能潜力。关键词：工业厂房自然采光模拟计算1引言自然采光是建筑光环境质量评价的重要因素，自然采光不仅能够节约照明所消耗的电能，还可以改善室内的生态环境，提高视觉舒适度，调节人体的生物节奏，影响人的心理状况和人体健康。良好的自然采光设计给人以温暖的、开敞的、立体的、有层次的感觉。长期在没有自然光的环境中工作，容易烦躁、忧

2、郁、沮丧和紧张不安，严重的还可能患上幽闭恐惧症。工业厂房一般具有建筑面积大、进深大的特点，而且根据其工艺要求和视觉工作特点对室内光环境有很高的要求。针对工业厂房这种面积大、进深大的特点，侧窗采光一般很难满足绝大多数区域的自然采光，所以可以考虑采用顶部采光以达到室内良好的采光效果。本文主要分析某卷烟厂制丝车间的天窗采光效果，并提出相应评价和建议。2研究方法本文首先采用生态建筑大师ECOTECT对车间内的采光系数进行模拟计算，根据《建筑采光设计标准》判断其所能达到的采光等级，以及计算采光均匀度来判断其自然采光设计是否合理。

3、其次，利用采光分析软件RADIANCE对室内照度进行模拟分析。由于室内自然采光和室外天气状况有很大关系。一般情况下，自然采光效果最好时出现在夏季晴天中午12时，最差时出现在冬季阴天早晨和傍晚。所以只模拟夏季晴天12时和冬季阴天上午9时这两种最有利和最不利的天空状况。最后采用DAYSIM计算全年运行时间，利用自然采光室内照度有多少时间可以达到制丝车间设计照度所要求的300lux以上，来挖掘自然采光所能带来的人工照明节能潜力。表1各物体表面光学性能参数反射率透射率内墙0.9侧窗0.7天花板0.2天窗0.5地板0.5图1制丝

4、车间ECOTECT模型整个制丝车间的自然采光由侧窗和天窗组成，其中天窗主要布置在人员活动的走道上方，所以下面的模拟分析主要针对人员活动的走到区域。3模拟结果分析3.1采光系数模拟分析图2厂房采光系数平面图（距地850mm水平面）图2显示了制丝车间采光系数的分布情况。从图中可以看出，室内采光系数在0.5%以上，达到建筑采光设计Ⅴ级采光等级要求。根据制丝车间工艺生产要求，图中白色线框以外不分主要放置生产设备，而白色线框以内不分为人员走道区域的平均采光系数为1.36%，接近建筑采光设计Ⅳ级所要求的1.5%的采光系数要求。其中

5、人员走道区域的采光系数均匀度为0.76，满足《建筑采光设计标准》关于采光系数均匀度0.7的要求。由此可见，制丝车间天窗设计基本合理，符合《建筑采光设计标准》要求，3.2典型工况室内照度模拟分析图3夏季晴天室内照度分布图（距地850mm水平面）图4冬季阴天室内照度分布图（距地850mm水平面）上图3和图4显示了车间内距地面850mm高处夏季晴天和冬季阴天两种极端工况下室内照度分布情况。夏季晴天时，图中黄色区域照度可达到30000lux以上，这是由于晴天的太阳光直射造成的。而天窗周边的紫色区域照度范围在400lux到700

6、lux之间。周边蓝色区域照度也均在120lux以上。冬季阴天时，侧窗附近的黄色和红色区域照度在500lux到250lux之间。天窗下方及周边紫色区域照度则在100lux到180lux的范围内。其他蓝色区域照度20lux到50lux之间。夏季晴天和冬季阴天室内平均超度分别为1794lux和96lux。夏季晴天和冬季阴天工况是整个全年光气候的最好和最差两种极端工况，所以全年自然采光下的室内照度介于两者之间。全年自然采光下，天窗下方及周边区域照度最差也可以达到100lux以上，最好可达到30000lux一项，这种情况出现在夏

7、季太阳光直射时，这时由于太阳光直射可能会出现眩光，也会对人们造成视觉上的不舒适感。图中天窗周边以外的生产设备区域的自然采光也得到一定程度的改善。总之，天窗可以有效地改善了车间内的自然采光效果。3.3全年自然采光的照明潜力分析为了分析自然采光所能带来的人工照明节能潜力，这里提出一个参数：DaylightAutonomy，它是指在全年工作时间内，利用自然采光所能达到的室内设计照度要求的时间占全年总的工作时间的百分比。为了分析制丝车间天窗多能带来的节能潜力，这里对比分析无天窗和增加天窗后的室内DaylightAutonomy

8、。图5无天窗时室内DaylightAutonomy分布图（距地850mm水平面）图6增加天窗后室内DaylightAutonomy分布图（距地850mm水平面）上图5和图6显示了有无天窗时室内DaylightAutonomy的分布情况。无天窗时，只有侧创附近的黄色红色区域的DaylightAutonomy可以达到25%以上，其他多