三林基地社區服務中心自然采光效果分析

■ 張 蕊 Zhang Rui

0 引言

自然光一直是建筑采光中的最佳光源，在建筑中采用自然光照明適應人的生理和心理需要，可以提高人們學習和工作的效率，有助于營建舒適而令人愉悅的生活環境。另一方面，自然光由于其無污染和可以再生性成為一種清潔光源，對于自然光的大量使用可以在降低污染的同時節約能源，對生態保護和能源節約有著積極的作用。

一般建筑的自然采光均可通過建筑外墻面開窗的方式實現，而對于進深較大的公共建筑，僅通過外窗難以將室外光線引入建筑內區，此外，地下空間的自然采光問題也越來越引起人們的廣泛關注。在項目設計階段采用適宜的被動式設計方案，不僅可有效解決此類建筑自然采光問題，還可避免因主動技術帶來的增量成本問題。本文將結合上海市保障性住房三林基地社區服務中心項目，對各項被動式采光設計方案及其應用效果進行分析。

1 項目概況

上海市保障性住房三林基地社區服務中心是保障性住房配套公建，主要用作社區街道辦事處、工商和水務的辦公場所。中心總占地面積9 476.4m2，總建筑面積10 860m2，其中地上建筑面積9 342m2，地下建筑面積1 518m2。為充分利用自然光，本項目采取多種被動式采光設計措施，包括地下室下沉式庭院、建筑中庭采光頂、建筑中庭上方天井等(圖1)。

圖1 三林基地社區服務中心效果圖

2 被動式采光設計方案

2.1 下沉式庭院

三林基地社區服務中心地下室為敞開式設計的半地下室，半地下室雖可利用凸出地面部分的外墻設采光通風窗，但由于本項目外墻突出地面部分高度最高只有1.5m，開窗面積受到限制，而地下室的高度超過4m，若窗洞口的采光面積很小，光線入射進深小，采光不均勻，難以達到較為理想的自然采光效果。

因此，本項目在建筑的南面采用了下沉式庭院的設計方案，庭院的地坪和地下室的地坪等高，寬度為3.9m，下沉式庭院不僅可大大增強自然采光效果，而且可減少甚至避免地下空間的封閉感，并可為人們提供半室外的休憩活動空間，豐富建筑空間環境的情趣(圖2)。

圖2 三林基地社區服務中心下沉式庭院照片

2.2 中庭采光頂及天井

三林基地社區服務中心從建筑設計的角度出發，在建筑設計之初就關注自然光的運用，結合建筑形體，在建筑內區4層以下設置了中庭，內區4層以上是與外部連通的天井，室外光線透過采光頂及外窗透明部分進入建筑內部，可有效改善室內光環境(圖3、4)。

圖3 三林基地社區服務中心中庭及天井自然采光示意圖

圖4 三林基地社區服務中心天井及中庭采光頂照片

3 建筑自然采光效果分析

為驗證采用下沉式庭院、中庭及天井設計方案的自然采光效果，并將采光效果量化，本文采用Ecotect建模結合Radiance計算的方式進行模擬分析，且在模擬過程中考慮圍護結構壁面反射比、玻璃可見光透過率等參數，以使模擬結果盡量符合實際情況，各參數設置如表1所示。

3.1 地下室自然采光模擬分析

地下室的自然采光模型和采光效果圖如圖5、圖6所示，從圖6可以看出，地下空間主要功能房間的自然采光效果良好。自然采光隨時間、

表1 采光模擬參數設置[1]

季節變化，為了更好的評估自然采光效果，國際上常用“采光系數”（daylight factor）作為自然采光的評價指標，使用CIE 全陰天模型，考慮最不利條件下的結果。通過模擬得到地下空間的采光系數如表2所示，采光系數不低于0.5%的建筑面積比例為45.29%，其中廚房的采光系數標準值為3.3%，餐廳的采光系數標準值為3.93%，符合《建筑采光設計標準》(GB 50033-2013)的相關要求。

圖5 地下室采光分析模型

圖6 地下室采光效果圖

3.2 室內空間自然采光模擬分析

為分析中庭采光頂對于建筑內區自然采光效果的影響，本文采用Ecotect軟件進行了兩次模擬，分析中庭設采光頂和不設采光頂情況下的室內自然采光效果，以社區服務中心的第一層為模擬對象的自然采光效果圖如(圖7)所示，從效果圖(圖8、9)中可以看出，當中庭設采光頂時，建筑內區敞亮，而當中庭不設采光頂時，由于室外光線無法引入建筑內部，導致建筑內區成了自然采光盲區。

表2 地下室采光系數

圖7 室內采光分析模型

為分析中庭上方天井對于室內自然采光的影響，本文模擬了天井周邊墻體設窗和未設窗兩種情況下的室內自然采光效果，以社區服務中心的第四層為模擬對象的自然采光效果圖如圖10、圖11，從效果圖中可以看出，當周邊墻體設置窗時，相鄰的辦公室、走廊等區域的自然采光效果良好，而當周邊墻體未設置窗時，天井周邊區域不能進行自然采光。

對社區服務中心第四層主要功能區域做進一步的分析，得出自然采光效果圖如圖12所示，采光系數如表3所示，從表中可以看出，采光系數不低于3%的建筑面積比例為79.65%，符合《綠色建筑評價標準》(DG/TJ08-2090-2012)中75%的要求。

圖8 中庭設采光頂的采光效果圖

圖9 中庭不設采光頂的采光效果圖

圖10 周邊墻體設窗的采光效果圖

圖11 周邊墻體未設窗的采光效果圖

圖12 社區服務中心4F主要功能房間

表3 社區服務中心4F主要功能房間采光系數

4 結論

上海市保障性住房三林基地社區服務中心下沉式庭院、建筑中庭采光頂及上方天井等被動式采光設計方案的運用可有效改善地下室及建筑室內空間的自然采光效果，進而改善室內環境，節約照明能耗。在目前保障性住房大規模建造的形式下，這種低成本的采光設計方案對于類似的保障性住房配套公建具有示范意義。