建筑天然采光研究进展

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1、建筑天然采光研究进展建筑天然采光研究进展张妍陈倩宜天津华汇工程建筑设计有限公司天津300384摘要：面对能源危机、环境污染等问题，天然采光在现代建筑中重新引起建筑师的重视；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；新的采光技术和新型采光材料层出不穷关键词：天然光；天空模型；光导纤维；导光管；光致变色玻璃；光环境屮图分类号：TQ342文献标识码：A随着电光源技术的不断发展，人工照明已经成为人们日常生活不可缺少的组成部分。天然光是一种无污染、可再生

2、的天然优质光源，具有照度均匀、无眩光、持久性好等特点。它不仅可以大量节省照明用电，还能为人们提供健康的室内光环境。近年来随着以人为本、节能、环保、可持续发展等观念的提出，对于天然采光的研究在理论上取得了一些进展，而一些新的采光技术和采光材料也随之出现。1・新的概念框架对于采光设计的研究自1990年以來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，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

3、究不再单纯是增加知识，而是趋于形成新的概念框架。其屮天空模型、太阳辐射观测和建模、热带地区天然釆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。1.1天空模型天然光一直以来在人们生活屮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。所得照度的方法可以对照度变化、照度水平和照度差有一个比较直观的认识，因为照度是通过窗户立体角的天空亮度综合计算得来的，

4、因此确定不同情况下的天空亮度分布非常重要。Kittier等人提出了天顶亮度与水平散射照度的比率(Lz/Dv),发光混浊度(Tv)以及“相对等级函数”和“相对散射指数函数”的概念。这些部分经过合适的组合，产生了15种现实的关于夭空亮度分布的天空类型。Tregenza利用他们的方法，调查了天然光条件对室内空间的影响，此外日本九州大学、京都大学的一些教授也进行了相应研究，提出了“全天空模型”，用来代表从睛天空到全云天空的一系列天空亮度分布。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

5、用于所有将來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釆光和直射阳光的动态变化。1・2太阳辐射的观测和建模太阳辐射和天然光是地球上力•物赖以牛存的首要因素，在光和辐射的测量领域美国总体居世界领先地位，徳国、日木、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，正在逐步缩小与世界先进的差距。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

6、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，山于观测仪器引起的资金和维护费用问题，导致大部分观测站所提供的数据不完整。2.天然采光新技术随着建设用地的日益紧张和建筑功能的日趋复杂、建筑物的进深不断加人，传统的釆光手段已无法满足耍求建筑物内部的采光要求。若想充分利用天然光，为人们提供舒适、健康的天然光环境，就要通过一定的技术手段把太阳光引入房间内部，o新的采光技术的出现主要是解决大进深建筑内部的采光问题、提高采光质量和天然光的稳

7、定性问题。以下介绍三种先进的采光系统：2.1光导纤维光导纤维是20世纪70年代开始应用的高新技术，最初应用于光纤通信，80年代开始应用于照明领域，目前光纤用于照明的技术已基本成熟。太阳能光导采光照明系统一般由三个部分组成：聚光器、光导纤维传光束和照明器。聚光器主要是使阳光汇聚，提高太阳能的能量密度；光导纤维传光束的接收端安放在聚光器的焦点处，提高接收端的入射能量密度；照明器是光导纤维传光束的出射端，根据不同的使用要求可以采取聚光或散光等措施。目前，在光纤光缆和与Z匹配的光源方面正在作更大的改进，采用

8、这种照明系统的费用将大为降低，从而有可能为更多用户所欢迎和接受。据国外报道，在装饰照明领域开发了一种光纤光学系统，其光源是采用高效的LED模块，而此种高效的LED模块的寿命长达100000h,因此就根木无需考虑光源寿命问题。其中的优越之处是不言而喻的。2.2导光管传统的天然采光技术都是通过窗口来达到采光的H的，但是窗口的位置、面积、形状及朝向等因素限制了采光的数量，尤其是在进深较大的室内，往往需耍设置辅助人工照明，而导光管的应用则可以很好地解决这个问题。导光管照明系统