探析重慶地區(qū)機(jī)械工廠光環(huán)境優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

摘 要：對(duì)重慶某機(jī)械工廠進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研和測(cè)試，詳細(xì)分析了機(jī)械工廠光環(huán)境的現(xiàn)狀。并通過(guò)ecotect和radiance對(duì)機(jī)械工廠的照明進(jìn)行模擬，通過(guò)軟件模擬提出機(jī)械工廠光環(huán)境優(yōu)化設(shè)計(jì)策略。

關(guān)鍵詞：重慶機(jī)械工廠；光環(huán)境；優(yōu)化設(shè)計(jì)

一、重慶機(jī)械工廠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析

第一次到工業(yè)園機(jī)械廠房測(cè)試的時(shí)間為2017年5月21號(hào)上午10：30-12：00，當(dāng)時(shí)的天氣為陰天，室外溫度為22℃。機(jī)械廠房的空氣濕度維持在68%-72%之間。第二次到工業(yè)園機(jī)械廠房測(cè)試的時(shí)間為2017年5月22號(hào)上午9點(diǎn)到下午5點(diǎn)左右，當(dāng)天的天氣情況和昨天比較相似，也是陰天，室外溫度在21℃-27℃之間。

根據(jù)（GB/T500332013）建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)械廠房對(duì)應(yīng)的天然采光的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合作業(yè)類(lèi)型為整體裝配，視覺(jué)作業(yè)分類(lèi)采光等級(jí)為Ⅲ級(jí)，室內(nèi)天然光的臨界照度經(jīng)過(guò)計(jì)算后為180lx，照度的均勻度不小于0.7。2017年5月24號(hào)從上午9：00到下午5：00對(duì)機(jī)械廠房的室內(nèi)照度進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。從測(cè)試結(jié)果可以看到，全天有大約一半的時(shí)間滿足照度要求，主要是早晨和下午接近傍晚的時(shí)間廠房?jī)?nèi)的照度存在不足。在測(cè)試的過(guò)程中，廠房的天窗和立窗基本上是全部開(kāi)啟的，但是立窗的面積在立面上占的比例較小，對(duì)室內(nèi)的照度有一定的影響。

圖1

二、 實(shí)驗(yàn)原理

通過(guò)光環(huán)境分析軟件對(duì)工業(yè)園的機(jī)械廠房按照實(shí)際尺寸和開(kāi)窗形式進(jìn)行模擬，將軟件分析出的數(shù)據(jù)與實(shí)地測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，探尋影響因子與天然采光之間的關(guān)系。由于軟件模擬只是一種數(shù)字化的手段，而模擬所取得的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的處理和分析才能真正體現(xiàn)其價(jià)值所在。可以看到，對(duì)模擬的光環(huán)境進(jìn)行分析是不可缺少的部分。

三、 軟件模擬項(xiàng)目光環(huán)境

下面將根據(jù)調(diào)研的廠房進(jìn)行模型的創(chuàng)建，我選擇了重慶主城有代表性的工業(yè)園中的某機(jī)械廠房作為光環(huán)境分析的對(duì)象。該機(jī)械廠房為單層建筑，建筑的主體結(jié)構(gòu)為大型框架結(jié)構(gòu)，建筑面積為2.19萬(wàn)平方米。其中該機(jī)械廠房東西長(zhǎng)度為172.5米，南北長(zhǎng)度為127.5米，廠房的層高為13米。

機(jī)械廠房的開(kāi)窗主要是側(cè)面的側(cè)窗和頂部的天窗。其中廠房的側(cè)窗主要是南北方向開(kāi)窗，窗戶離地高度為8.2米。頂部的天窗采用了平天窗的形式。在廠房的平面中可以看到該廠房共有9個(gè)出口。本次建立模型的主要目標(biāo)是對(duì)機(jī)械廠房的光環(huán)境進(jìn)行分析，而不是追求視覺(jué)效果，因此首先對(duì)機(jī)械廠房的模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，一方面可以在采光分析中讓條理更加清晰，另一方面可以減少相應(yīng)的運(yùn)算量，提高運(yùn)行速度。機(jī)械廠房在Ecotect中所創(chuàng)建的模型如圖2所示。

圖2

根據(jù)Ecotect軟件采光模擬的結(jié)果可以看到，冬至日中午12點(diǎn)機(jī)械廠房的采光系數(shù)最小值為1.5%，最大值為21.8%。從軟件中可以看到，采光系數(shù)的顏色從藍(lán)色向黃色進(jìn)行逐漸變化，其中藍(lán)色代表最低值，黃色代表最高值。根據(jù)相關(guān)的規(guī)范要求，該機(jī)械廠房的作業(yè)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，采光系數(shù)的平均值應(yīng)該為3%。由于重慶地區(qū)屬于第Ⅴ類(lèi)光氣候區(qū)，其所在地區(qū)的采光系數(shù)需乘以系數(shù)1.2，所以采光系數(shù)的平均值應(yīng)該為3.6%。從軟件模擬的結(jié)果可以看到，采光系數(shù)比較高的區(qū)域主要集中在側(cè)窗和天窗的下面。雖然機(jī)械廠房最高的采光系數(shù)達(dá)到了21.8%，但是絕大部分的采光系數(shù)在1.5%—3.5%之間，達(dá)不到規(guī)范要求的3.6%。從圖中可以看到，室內(nèi)采光的分布并不十分均勻，在機(jī)械廠房中有天窗和側(cè)窗的部位下方光線過(guò)亮，采光系數(shù)在9.8%以上，而其余大部分地區(qū)的采光系數(shù)都在3.6%以下。

從照度分布來(lái)看，機(jī)械廠房室內(nèi)的最低照度為68lx ，最高照度為1450lx。照度的色彩是從藍(lán)色向黃色逐漸變化，其中藍(lán)色代表了最低的照度值，黃色代表了最高的照度值。從軟件模擬的結(jié)果中可以看到，機(jī)械廠房大部分區(qū)域照度呈藍(lán)色，集中在68lx—236lx之間。但是側(cè)窗和天窗下的照度相對(duì)較高，一般在700lx以上。機(jī)械廠房的平均照度在350lx。

四、光環(huán)境優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

首先是對(duì)機(jī)械廠房的側(cè)窗進(jìn)行優(yōu)化分析，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的尺寸。機(jī)械廠房每個(gè)立面各有一個(gè)連續(xù)的側(cè)窗。其中東西側(cè)窗長(zhǎng)度為150米，高度為2米；南北側(cè)窗長(zhǎng)度為90米，高度為2米。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以算出機(jī)械廠房的側(cè)窗總面積為960平方米，而機(jī)械廠房的總面積為22000平方米。按照（GB/T500332013）建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，機(jī)械廠房的采光等級(jí)為Ⅲ級(jí)，重慶地區(qū)為Ⅴ類(lèi)光氣候區(qū)，窗地面積比應(yīng)乘以相應(yīng)的系數(shù)k=1.2，所以機(jī)械廠房的窗地面積比按照設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)該為0.12。而機(jī)械廠房實(shí)際的窗地比僅為0.043，該窗地面積比遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)范的要求。

根據(jù)建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的推薦值，將原有的機(jī)械廠房的立窗設(shè)計(jì)方案規(guī)定為C1，在此基礎(chǔ)上增加兩種新的設(shè)計(jì)方案C2和C3。三種方案立窗的布置方式和所采用的材料相同，僅僅是改變了窗戶的尺寸，增加了窗戶的面積。

其中C2的面積滿足規(guī)范的要求，C1的面積低于規(guī)范的要求，C3的面積大于規(guī)范的要求。

從模擬中可以看出，隨著窗地面積比的增加，機(jī)械廠房室內(nèi)采光系數(shù)平均值和平均照度也明顯地提高。當(dāng)窗地面積比達(dá)到建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的推薦值得時(shí)候，采光系數(shù)的平均值為15.77%，室內(nèi)照度的平均值為1498.55lx；當(dāng)窗地面積比繼續(xù)增加到1.6的時(shí)候，采光系數(shù)的平均值為16.76% ，室內(nèi)照度的平均值為1591.86lx 。由此可以看到，通過(guò)增加側(cè)窗的面積能夠有效地增加廠房室內(nèi)的采光量，提高機(jī)械廠房室內(nèi)的照度均勻度。

為了獲得較高的采光和較低的熱輻射，在建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮采用節(jié)能型玻璃。常用的節(jié)能玻璃主要有中空玻璃、低輻射玻璃（LowE）、熱反射鍍膜玻璃、吸熱玻璃等。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，低輻射玻璃和中空玻璃的節(jié)能效果相對(duì)比較理想。

根據(jù)前面的模擬計(jì)算結(jié)果，選擇機(jī)械廠房的最佳布置方案C2，同時(shí)不改變廠房側(cè)窗的位置、形式、窗地比等條件。僅只改變側(cè)窗的光透射比，將其從原來(lái)的0.80提高到0.90，采用Ecotect軟件重新進(jìn)行模擬。從分析結(jié)果中可以看到，機(jī)械廠房的采光系數(shù)的平均值從原來(lái)的15.77%提升到16.12 %，室內(nèi)平均照度從1498.55lx提高到1531.35lx，采光系數(shù)和平均照度都有了較大的提高，通過(guò)這樣的模擬說(shuō)明材料的光學(xué)性能的優(yōu)劣對(duì)室內(nèi)采光環(huán)境有較大的影響。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)初步探索主要是期望行業(yè)能夠共同努力來(lái)改善單層廠房的環(huán)境，為作業(yè)工人提供一個(gè)更加舒適的光環(huán)境。一方面是在工人比較密集的區(qū)域增加了側(cè)窗面積和光架，從一定程度上增加了開(kāi)窗的面積，提高了整個(gè)廠房的窗地比。另一方面是窗戶的玻璃采用LowE玻璃，這種玻璃的透光率比較好，同時(shí)可以吸收太陽(yáng)中的紅外線來(lái)降低太陽(yáng)的熱輻射。基于以上兩個(gè)原因，使得機(jī)械工廠的廠房在采光品質(zhì)上得到了一定的改善。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：重慶城市管理職業(yè)學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2016kyxm022）

作者簡(jiǎn)介：鄭宏飛（1982），重慶人，碩士，重慶城市管理職業(yè)學(xué)院講師，研究方向：環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)。