吊頂材料反射率在兩種變量下對建筑采光影響★

張 宇 徐 峰 王金奎

(1.河北建筑工程學院建筑與藝術學院，河北 張家口 075000； 2.河北建筑工程學院能源工程系，河北 張家口 075000)

0 引言

余杭有句老古話“亮水黑泥白石頭”，即在夜間微弱的星光下，水會發亮，泥會發黑，而石頭則會發白，總結出這句經驗以供走夜路人使用。這句話也側面體現出同一物體在不同光環境下會出現不同反光效果。國家在倡導綠色節能理念，自然采光因其對人體健康以及節能有利[1,2]，在建筑設計中越來越受到人們的重視。就建筑自身而言，其構造形式就有諸多可以影響室內自然采光的因素，如：平面形式、尺寸、窗地比、室外遮擋等[3]。同時有學者發現，室內裝修也是影響因素之一，如房間內放白色家具由于較好的反射作用，會使室內采光系數最低值上升[4]。為了增大室內采光量，有不少學者研究在窗戶處增設采光板[5,6]，再經過室內頂部天花板的二次反射進入到室內深處。可見在室內構造中，室內頂部對室內的自然采光效果影響是至關重要的。吊頂是指建筑室內環境頂部裝修的一種裝飾，其中格柵和平吊頂常用于公共建筑中；同時，設計師還常會用到懸挑、構架、內凹等“灰空間”處理手法來尋求外觀虛實對比之美。本文將結合實例，通過DIVA for Rhino軟件模擬，定量分析研究吊頂材料反射率在這兩種吊頂形式變化下以及有無外廊條件下對建筑采光影響，研究結果為建筑采光設計和相關研究提供依據。

1 采光模型

本文以寒冷地區張家口某辦公樓南向辦公室為模擬對象，建立其室內采光模型，如圖1所示。模擬模型信息如下：室內凈高3.3 m，開間5.1 m，進深7.7 m，加外廊進深10.4 m，外廊護欄墻高1.3 m，窗臺高 0.9 m，窗戶高2.2 m，窗寬1.3 m，共3扇；窗戶玻璃透射比設為0.8；樓板下0.4 m處有格柵吊頂和平吊頂2種情況，格柵的格子尺寸為200×200 mm，高度為60 mm，厚度為15 mm；本文研究距離樓板地面0.75 m處的室內照度值。在Rhino中建立有無外廊與吊頂、不同吊頂形式的幾種模型。室內各表面反射比依據《建筑采光設計標準》，設定為：天花0.8，墻面0.7，地面0.4，金屬門0.9，外墻飾面0.3，外廊地面0.2；格柵吊頂和平吊頂材料的反射率依次取值0.1～0.9。

2 技術路線及模擬方案

本研究采用Rhinoceros建立建筑模型并用DIVA for Rhino進行采光模擬，導入張家口地區氣候數據，在CIE Clear Sky的天空模型條件下得出模擬結果，分析其不同條件下的室內照度值，如圖2所示。之所以選擇晴天是因為張家口地區一年中大部分為晴天，屬于太陽能輻射Ⅱ類區域，為太陽能較豐富的地區。

表1 控制變量法下的實驗分組

影響研究方案采用控制變量法，研究無外廊有平吊頂、無外廊有格柵吊頂、有外廊有平吊頂、有外廊有格柵吊頂、這四種情況下研究吊頂材料反射率變化對該建筑室內采光的影響，如表1,圖3所示。

3 模擬計算結果

3.1 模擬結果

如圖4～圖6列出當材料反射比為0.8時有外廊有格柵吊頂(Y,G-0.8)的情況下的渲染效果圖，如圖4所示；該情況下的室內各點位照度值，如圖5所示；不同條件下室內不同進深處的平均照度值，如圖6所示；其他的模擬結果類似。

3.2 吊頂材料反射率在四種不同環境下的影響

如圖7～圖10反映了無外廊有平吊頂、無外廊有格柵吊頂、有外廊有平吊頂、有外廊有格柵吊頂這四種情況下，吊頂材料的反射率從0.1～0.9取值時，與各自有或無外廊條件下的無吊頂情況做比較，得出對室內照度的變化影響。如式子[(Y,G-0.1)-(Y,N)]/(Y,N)表達：有陽臺有格柵吊頂且材料反射率0.1時的該點室內照度值減去有外廊無吊頂的該點室內照度值，所得的差值除以有外廊無吊頂的該點室內照度值，所得的商即為因材料反射率影響而產生的室內該點照度的變化率。

從影響率在不同進深的變化趨勢來分析，整體不同材料的反射率對該點照度的變化率的影響趨勢是一致的，即基本進深越大，照度下降越大。在這四種情況下，材料的反射率的差異對照度的影響：第一種情況(無外廊有格柵吊頂)如圖7所示，九條線基本重合，說明材料的反射率對照度的影響差異不大；第二種情況(無外廊有平吊頂)如圖8所示，九條線也基本重合但較第一種情況每條點略有偏差；第三種情況(有外廊有格柵吊頂)如圖9所示，九條線趨勢基本一致，線條之間較松散，說明不同材料反射率對照度的影響有較大的不同；第四種情況(有外廊有平吊頂)如圖10所示，九條線趨勢基本一致，線條之間也基本重合但較第二種情況更為松散，但又比第三種情況明顯緊密。

由一、二種情況對比可知，無外廊情況下，材料反射率對室內照度的影響在平吊頂情況下會更大一些；由三、四種情況對比可知，有外廊情況下，材料反射率對室內照度的影響在格柵吊頂情況下會更大一些；由一、三種情況對比可知，格柵吊頂情況下，材料反射率對室內照度的影響在有外廊情況下會更大一些；由二、四種情況對比可知，平吊頂情況下，材料反射率對室內照度的影響在有外廊情況下會更大一些。

為了進一步了解在這四種情況下反射率從0.1～0.9變化時對室內照度產生的影響，表2反映了室內總體平均照度的變化率(node1～18的照度變化率的平均數)及變化率隨著材料反射系數增大的變化趨勢。從表2中可知，(N,G),(N,F),(Y,F),(Y,G)都有隨著材料反射系數增大而室內照度變大的傾向，只是變化程度有所不同。(N,G)照度增大0%～1%，(N,F)照度增大0%～2%(Y,F)照度增大0%～2%，這三種情況材料的反射率影響較小，(Y,G)照度增大在0%～10%之間，材料的反射率影響較大。

表2 不同條件下，改變吊頂材料反射率，室內照度值平均下降百分比

4 結論

1)整體來說，材料反射率的變化對不同進深處照度的變化率的影響趨勢是一致的，即進深越大，照度下降越大。

2)總體呈現吊頂材料反射系數增大室內照度變大的傾向，但是吊頂材料反射率在不同情況下對室內照度的影響力是不同的，總體變化率影響差異較小，不超過2%，只當有外廊格柵吊頂條件下材料的反射率影響差異較大，不超過10%。

3)不同條件下，吊頂材料反射率對室內照度的影響力是不同的：材料反射率在有外廊情況下，即光環境較弱情況下，比無外廊對室內照度影響更大；材料反射率在哪種吊頂形式下影響更大需要視周邊光環境而定，光環境強的情況下采用平吊頂會比格柵吊頂使得材料反射率對室內照度的影響大，光環境弱的情況下采用格柵吊頂會比平吊頂使得材料反射率對室內照度的影響大。