住宅室内自然采光模拟分析报告.docx

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住宅室内自然采光模拟分析报告

住宅室内自然采光模拟分析报告

福升园项目

住宅室内自然采光模拟分析报告

提供单位：

天津城建大学

2014年12月5日

1.4评价标准2

3.36#楼第三层自然采光分析13

3.57#楼第三层自然采光分析18

4结论25

1模拟概述

1.1项目概况

项目位于滨海新区塘沽，北临津塘公路，南接敬用路，西接崇德路。

规划总用地27000平方米，规划可用地27000平方米，住宅用地15780平方米，公建用地3122平方米，道路用地2779平方米，总建筑面积74216.45平方米，地上建筑面积59398平方米，地下建筑面积2748.45方米，容积率2.2，建筑密度15.99%，绿地率35%。

1.2气象参数

由于特殊的地理位置，滨海新区属于大陆性季风气候，并具有海洋性气候特点：

冬季寒冷、少雪；春季干旱多风；夏季气温高、湿度大、降水集中；秋季秋高气爽、风和日丽。

全年平均气温13.0℃，高温极值40.9℃，低温极值-18.3℃。

年平均降水量566.0毫米，降水随季节变化显著，冬、春季少，夏季集中。

全年大风日数较多，8级以上大风日数57天。

1.3参考资料

《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014

《绿色建筑评价技术细则》

《建筑采光设计标准》GB50033-2013

《建筑照明设计标准》GB50034-2004

委托方提供的项目总平面图、建筑设计图纸、设计说明等。

委托方提供的其他相关资料。

1.4评价标准

《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014中室内环境质量对室内自然采光提出下述要求：

控制项4.5.2卧室、起居室（厅）、书房、厨房设置外窗，房间的采光系数不低于现行国家标准《建筑采光设计标准》GB／T50033的规定。

《建筑采光设计标准》GB50033-2013对住宅建筑的采光系数标准要求如下：

4.0.1住宅建筑的卧室、起居室（厅）、厨房应有直接采光。

4.0.2住宅建筑的卧室、起居室（厅）的采光不应低于采光等级Ⅳ级的采光标准值，侧面采光系数不应低于2.0%，室内天然光照度不应低于300lx。

规定住宅建筑的采光值不应低于表1所示。

表1住宅建筑的采光标准值

采光等级

场所名称

侧面采光

采光系数标准值（%）

室内天然光照度标准值（lx）

Ⅳ

卧室、起居室（厅）、厨房

2.0

300

Ⅴ

卫生间、过厅、楼梯间、餐厅

1.0

150

2技术路线

2.1原理概要

2.1.1自然光环境

自然光环境是人们长期习惯和喜爱的生活环境。

各种光源的视觉实验结果表明，在相同照度的条件下，自然光的辨认能力优于人工光，有利于工作、生活、保护视力。

自然光是最为经济、极为宜人的光源。

利用自然采光能节约能源，保护环境，充分的体现可持续发展的生态设计理念。

自然光在建筑设计中能创造出丰富的空间效果和光影变化，给人立体的感觉、层次的感觉、开敞的感觉以及温暖的感觉。

首先，自然光环境是人们长期习惯和喜爱的生活环境。

各种光源的视觉实验结果表明，在相同照度的条件下，天热光的辨认能力优于人工光，有利于生活和保护视力。

其次，自然光具有一定杀菌力，可以预防肺炎和其他疾病，还可以调节人体的生物节奏。

自然光对人的心理状况也有很大影响，采光口是视觉与外界环境交流的渠道，长期在没有自然光环境中生活，容易烦躁、忧郁、沮丧和紧张不安，严重的还可能患上幽闭恐惧症。

不仅如此，建筑自然采光还是照明节能的重要手段。

在可持续发展已经成为当今世界的主题的时候，建筑中可再生能源的应用也开始受到广泛关注。

利用自然光照明，能够节约照明小号的电能和改善室内生态环境，对降低建筑能耗和建设节约型城市具有非常重要的意义。

2.1.2采光术语

参考平面（referencesurface）:

测量或规定照度的平面。

照度（illuminance）:

表面上一点的照度是入射在包含该点面元上的光通量除以该面元面积之商。

室外照度（exteriorilluminance）:

在填空漫射光照射下，室外无遮挡水平面上的照度。

室内照度（interiorilluminance）:

在填空漫射光照射下，室内给定平面上某一点的照度。

采光系数（daylightfactor）：

在室内参考平面上的一点，由直接或间接地接收来自假定和已知天空亮度分布的天空漫射光而产生的照度与同一时刻该天空半球在室内无遮挡水平面上产生的天空漫射光照度之比。

采光系数标准值（standardvalueofdaylightfactor）:

在规定的室外天然光设计照度下，满足视觉功能要求时采光系数值。

室外天然光设计照度（designilluminanceofexteriordaylight）:

室内全部利用天然光时的室外天然光最低照度。

室内天然光照度标准值（standardvalueofinteriordaylightilluminance）:

对应于规定的室外天然光设计照度值和相应的采光系数标准值的参考平面上的照度值。

光气候（daylightclimate）:

由太阳直射光、天空漫射光和地面反射光形成的天然光状况。

年平均总照度（annualaveragetotalilluminance）:

按全年规定时间统计的室外天然光总照度。

光气候系数（daylightclimatecoefficient）：

根据光气候特点，按年平均总照度值确定的分区系数。

室外天然光临界照度（criticalilluminanceofexteriordaylight）:

室内需要全部开启人工照明时室外天然光照度。

采光均匀度（uniformityofdaylighting）:

参考平面上的采光系数最低值与平均值之比。

不舒适眩光（discomfortglare）:

在视野中由于光亮度的分布不适宜，或在空间或时间上存在着极端的亮度对比，以致引起不舒适的视觉条件。

不舒适眩光特指由窗引起的不舒适眩光。

窗地面积比（ratioofglazingtofloorarer）:

窗洞口面积与地面面积之比。

对于侧窗采光，应为参考平面以上的窗洞口面积。

采光有效进深（depthofdaylightingzone）:

侧面采光时，可满足采光要求的房间进深。

导光管采光系统（tubulardaylightingsystem）：

一种用来采集天然光，并经管道传输到室内，进行天然光照明采光系统，通常由集光器、导光管和漫射器组成。

导光管采光系统效率（efficiencyofthetubulardaylightingsystem）:

导光管采光系统的漫射器输出光通量与集光器输入光通量之比。

采光利用系数（daylightutilizationfactor）:

被照面接受到的光通量与天窗或集光器接受到来自天空的光通量之比。

光热比（lighttosolargainratio）:

材料的可见光透射比与太阳能总透射比的比值。

透光折减系数（transmittingrebatefactor）:

透射漫射光照度与漫射光照度之比。

2.1.3采光质量

1、顶部采光时，Ⅰ~Ⅳ采光等级的采光均匀度不宜小于0.7为保证采光均匀度的要求，相邻两天窗中线间的距离不宜大于参考平面至天窗下沿高度的1.5倍。

2、采光设计时，应采取下列减小窗的不舒适眩光的措施：

1）作业区应减少或避免直射阳光；

2）工作人员的视觉背景不宜为窗口；

3）可采用室内外遮挡设施；

4）窗结构的内表面或窗周围的内墙面，宜采用浅色饰面。

3、办公、图书馆、学校等建筑的房间，其室内个表面的反射比宜符合《建筑采光设计标准》GB50033—2013中5.0.4的规定。

4、采光设计时，应注意光的方向性，应避免对工作产生遮挡和不利的阴影。

5、需补充人工照明的场所，照明光源宜选择接近天然光色温的光源。

6、需识别颜色的场所，应采用不改变天然光光色的采光材料。

7、博物馆建筑的天然采光设计，对光有特殊要求的场所，宜消除紫外辐射、限制天然光照度值和减少曝光时间。

陈列室不应有直射阳光进入。

8、当选用导光管采光系统进行采光设计时，采光系统应有合理的光分布。

2.2分析软件

本采光报告主要利用ECOTECT软件进行自然采光分析，模拟计算滨海新区塘沽地区在室外天然光设计照度值——15000lux时室内的采光系数值。

ECOTECT是由英国SquareOne公司开发的生态建筑设计软件，它主要应用于方案设计阶段，具有速度快，直观，技术性强等优势，而且可以和一系列精确分析软件相结合作进一步的分析。

ECOTECT提供了一系列的照明分析功能，包括自然光、人工光和自然光混合照明，其中尤以自然光照明最为重要。

自然采光：

自然采光即以太阳作为光源为建筑进行照明，由于太阳在天空中的位置在一天之中、一年之中分分秒秒都在时刻变化的，有时太阳可能也会被云遮挡住，以及一年中主体对于光照强度的感觉也是变化的，所以它并不适合作为一种稳定可靠的建筑室内照明光源。

另外，对于建筑自然采光来说，最不利的情况是在全阴天时刻，此时没有直射光，仅能依靠天空漫射光进行照明，只要全阴天时的室内空间满足照度要求，则其它时刻也均能满足。

基于此，ECOTECT仅考虑全阴天时的自然采光情况，而不考虑直射光的影响。

计算依据：

ECOTECT中最基本的自然光照明计算数据就是采光系数，其它参数都是在其基础上计算出来的。

计算采光系数的最佳方法就是建筑研究组织（BuildingResearchEstablishment）的分项研究（SplitFlux）方法。

它基于这样一种假设，不考虑直射光，到达房间内任一点上的自然光包含三个独立的组成部分：

天空光组分SkyComponent（SC）：

通过窗户等构件直接从天空射入房间内的部分。

外部反射光组分ExternallyReflectedComponent（ERC）：

由大地，树，其他建筑物反射的部分。

反射光组分ReflectedComponent（IRC）：

前两部分在室内表面上的内部反射。

Ecotect中使用的是CIE全阴天分布（OvercastSkyDistribution）计算模型。

可以通过当前分析网格或独立的传感点来计算自然光照明。

ECOTECT应用工程：

加的夫威尔士千年中心；悉尼Ansett国内航班大楼；Denham研究中心；悉尼化工大厦；上海张江集电港办公中心；清华科技园科技大厦LEED-EB评估；瑞辰国际天鸿集团办公楼；中国湿地博物馆LEED-NC评估；中国国际贸易中心三期工程LEED-CS认证……

2.3参数设置

材料的材质、颜色、表面状况决定光的吸收、反射与投射性能，对建筑采光影响较大，模拟分析时需根据实际材料性能对参数进行选值。

表2各物质表面光反射比

表面名称

反射比

顶棚

0.60~0.90

墙面

0.30~0.80

地面

0.10~0.50

桌面、工作台面、设备表面

0.20~0.60

注：

本表引自《建筑采光设计标准》GB50033-2013的表5.0.4

表3-1饰面材料的反射比ρ值

材料名称

ρ

石膏

0.91

大白粉刷

0.75

水泥砂浆抹面

0.32

白水泥

0.75

白色乳胶漆

0.84

调和漆

白色和米黄色

0.7

中黄色

0.57

红砖

0.33

灰砖

0.23

瓷釉

面砖

白色

0.8

黄绿色

0.62

粉色

0.65

天蓝色

0.55

黑色

0.08

大理石

白色

0.6

乳色间绿色

0.39

红色

0.32

黑色

0.08

无釉陶土地砖

土黄色

0.53

朱砂

0.19

马赛克地砖

白色

0.19

浅蓝色

0.42

浅咖啡色

0.31

绿色

0.25

深咖啡色

0.2

表3-2饰面材料的反射比ρ值

材料名称

ρ

铝板

白色抛光

0.83-0.87

白色镜面

0.89-0.93

金色

0.45

浅色彩色涂料

0.75

不锈钢板

0.72

浅色木地板

0.58

深色木地板

0.1

棕色木地板

0.15

混凝土面

0.2

水磨石

白色

0.7

白色间灰黑色

0.52

白色间绿色

0.66

黑灰色

0.1

塑料贴面板

浅黄色

0.36

中黄色

0.3

深棕色

0.12

塑料墙纸

黄白色

0.72

蓝白色

0.61

浅粉白色

0.65

沥青地面

0.1

铸铁、钢板地面

0.15

普通玻璃

0.08

镀膜

玻璃

金色

0.23

银色

0.3

宝石蓝

0.17

宝石绿

0.37

茶色

0.21

彩色钢板

红色

0.25

深咖啡色

0.2

注：

本表引自《建筑采光设计标准》GB50033-2013的附录D中表D.0.5

玻璃品种及规格

可见光透射比

太阳能总透射比

遮阳系数SC

中部传热系数K

透明玻璃

3透明玻璃

0.83

0.87

1

5.8

6透明玻璃

0.77

0.82

0.93

5.7

12透明玻璃

0.65

0.74

0.84

5.5

吸热玻璃

5绿色吸热玻璃

0.77

0.64

0.76

5.7

6蓝色吸热玻璃

0.54

0.62

0.72

5.7

5茶色吸热玻璃

0.5

0.62

0.72

5.7

5灰色吸热玻璃

0.42

0.6

0.69

5.7

热反射玻璃

6高透光反射玻璃

0.56

0.56

0.64

5.7

6中等透光热反射玻璃

0.4

0.43

0.49

5.4

6低透光热反射玻璃

0.15

0.26

0.3

4.6

6特低透光热反射玻璃

0.11

0.25

0.29

4.6

单片Low-E

6高透光单片Low-E玻璃

0.61

0.51

0.58

4.6

6中等透光单片Low-E玻璃

0.55

0.44

0.51

3.5

中空玻璃

6透明+12空气+6透明

0.71

0.75

0.86

2.8

6绿色吸热+12空气+6透明

0.66

0.47

0.54

2.8

6灰色吸热+12空气+6透明

0.38

0.45

0.51

2.8

6中等透光热反射+12空气+6透明

0.28

0.29

0.34

2.4

6低透光热反射+12空气+6透明

0.16

0.16

0.18

2.3

6高透光Low-E+12空气+6透明

0.72

0.47

0.62

1.9

6中透光Low-E+12空气+6透明

0.62

0.37

0.5

1.8

6较低透光Low-E+12空气+6透明

0.48

0.28

0.38

1.8

6低透光Low-E+12空气+6透明

0.35

0.2

0.3

1.8

6高透光Low-E+12氩气+6透明

0.72

0.47

0.62

1.5

6中透光Low-E+12氩气+6透明

0.62

0.37

0.5

1.4

注：

本表引自《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇-建筑》中表6.3.1。

本报告参考《建筑采光设计标准》GB50033-2013的表5.0.4及附录D中表D.0.5和《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇-建筑》中表6.3.1对各种不同材料构造的光学性能参数提供的参考知道值进行赋值计算分析，各围护结构光学性能参数取值具体如表5所示。

表5材料光学性能参数

构造部位

材料

吸收系数

反光系数

可见光透射比

备注

楼面

地板

0.7

0.3

—

顶棚

涂料

0.2

0.8

—

墙体

涂料

0.2

0.8

—

窗户

中空（6-12-6）

—

—

0.62

窗户

中空（Low-E6-12-6）

—

—

0.71

注：

[1]地面、顶棚、墙体饰面材料的反射系数依据委托方提供的资料并参考《建筑采光设计标准》GB50033-2013附录D中表5.0.4进行设置；

[2]玻璃的可见光透射比依据委托方所提供的资料并参考《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇-建筑》表6.3.1中相关参数进行设置。

本报告中，根据《建筑采光设计标准》GB50033-2013的相关规定，光气候系数K值如表6所示，天津地区的采光系数标准值应乘以Ⅲ类光气候区的系数K=1.10。

光气候区

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

K值

0.85

0.9

1

1.1

1.2

室外天然光设计照度值（lx）

18000

16500

15000

13500

12000

其它模拟参数条件设置如下：

（1）气象数据为天津地区的统计数据库；

（2）选用CIE全阴天天空条件，天津地区属Ⅲ类光气候区，室外天然光设计照度值为15000lux；（4）民用建筑参考平面取距地面0.75m,本模拟工作面高度取值为0.75m。

3模拟分析说明

本项目5栋住宅楼。

根据《建筑采光设计标准》GB/T50033-2013的要求，居住建筑采光标准主要针对四种主要功能房间——起居室（厅）、卧室、书房、厨房，以及四种辅助空间——卫生间、过厅、楼梯间、餐厅。

为了充分利用自然采光，在平面布置时，将需要自然采光的功能房间尽量布置在临窗处，降低人工光照明能耗，也符合居住建筑对自然光的功能要求。

3.1模拟分析

项目共有5栋高层住宅楼，分别为6#、7#、8#、9#、10#。

6#的一层是设备夹层，不需要做采光模拟，第二层与其他层的平面布置不同，第三层及以上的平面布置相同，故6#楼只需要对2,3层进行模拟。

7#、8#的结构和第6#层相同，故只要对7#、8#的二层和三层进行模拟；9#的一层是设备夹层，二层及以上户型相同，故只需对9#的第二层进行采光模拟；10#的结构和6#的结构相同，故10#楼的采光模拟可以参考6#的模拟结果。

3.26#楼第二层自然采光分析

（1）、分析模型

6#楼共有28层，其中二层和其他层的平面图不同，现对6#楼第二层进行采光分析。

其平面图如图1所示，ECOTECT模型如图2所示。

图16#楼第二层平面图

图26#楼第二层ecotect计算模型

图36#楼第二层采光系数模拟结果

分析结果如表7所示：

表7各房间采光系数值汇总表

房间名称

房间面积

采光系数实际值

最小采光系数标准值

结论

文化活动点1

12.7

3.5

2.0

合格

卫生间2

3.31

1.5

1.0

合格

卧室3

10.32

2.55

2.0

合格

客厅4

19.81

2.29

2.0

合格

厨房5

4.7

2.05

2.0

合格

厨房6

4.7

2.12

2.0

合格

客厅7

19.81

13.77

2.0

合格

卧室8

10.33

2.12

2.0

合格

卧室9

10.33

2.42

2.0

合格

客厅10

19.81

13.77

2.0

合格

厨房11

4.7

2.12

2.0

合格

厨房12

4.7

2.05

2.0

合格

客厅13

19.81

2.31

2.0

合格

卧室14

10.32

2.57

2.0

合格

卫生间15

3.31

1.5

1.0

合格

文化活动16

12.7

4.5

2.0

合格

主要功能空间模拟面积

171.36

主要功能空间采光达标面积

171.36

达标率

100%

3.36#第三层自然采光分析

图46#楼第三层平面图

（2）、模拟结果

模拟结果如图3所示：

当室外天然光设计照度大于等于5000lux时，所有的室内主要功能空间——起居室、卧室、书房、厨房在750mm高处的工作面的采光系数值能满足《建筑采光设计标准》要求。

图56#楼第三层ecotect计算模型

图66#楼第三层采光系数模拟结果

分析结果如表7所示：

表8各房间采光系数值汇总表

房间名称

房间面积

采光系数实际值

最小采光系数标准值

结论

厨房1

5.1

2.17

2.0

合格

客厅2

19.99

3.73

2.0

合格

卧室3

8.48

3.16

2.0

合格

卫生间4

3.31

1.73

1.0

合格

卧室5

10.32

3.43

2.0

合格

卧室6

10.32

1.8

2.0

不合格

客厅7

19.81

2.79

2.0

合格

厨房8

4.7

1.78

2.0

不合格

厨房9

4.7

1.82

2.0

不合格

客厅10

19.81

2.79

2.0

合格

卧室11

10.33

2.19

2.0

合格

卧室12

10.33

2.21

2.0

合格

客厅13

19.81

2.79

2.0

合格

厨房14

4.7

1.78

2.0

不合格

厨房15

4.7

1.75

2.0

不合格

客厅16

19.81

2.79

2.0

合格

卧室17

10.32

1.79

2.0

不合格

卧室18

10.32

3.34

2.0

合格

卧室19

8.48

3.67

2.0

合格

客厅20

19.99

3.75

2.0

合格

厨房21

5.1

2.17

2.0

合格

主要功能空间模拟面积

192.67

主要功能空间采光达标面积

172.03

达标率

89.3%

3.47#第二层自然采光分析

图77#楼第二层平面图

图87#楼第二层ecotect计算模型

图97#楼第二层采光数模拟结果

分析结果如表9所示：

表9各房间采光系数值汇总表

房间名称

房间面积

采光系数实际值

最小采光标准值

结论

厨房1

5.18

1.78

2.0

不合格

厨房2

8.69

2.39

2.0

合格

卫生间3

4.35

4.14

1.0

合格

厨房4

11.38

2.6

2.0

合格

客厅5

22.85

2.05

2.0

合格

卧室6

1.95

1.36

2.0

不合格

卧室7

12.09

2.51

2.0

合格

客厅8

19.90

2.12

2.0

合格

厨房9

4.95

3.31

2.0

合格

厨房10

4.95

3.31

2.0

合格

客厅11

19.90

2.12

2.0

合格

卧室12

12.09

2.51

2.0

合格

卧室13

10.95

1.37

2.0

不合格

客厅14

24.78

2.12

2.0

合格

卧室15

11.38

2.6

2.0

合格

卫生间16

4.35

4.13

1.0

合格

卧室17

8.85

2.39

2.0

合格

厨房18

8.39

2.47

2.0

合格

厨房19

5.36