不同室外自然采光下室內(nèi)采光系數(shù)核算方法研究

馬 艦，汪磊磊，陳 丹（.天津市房屋質(zhì)量安全鑒定檢測中心有限公司， 天津 00060；.天津住宅建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司， 天津 00060；.天津建科建筑節(jié)能環(huán)境檢測有限公司， 天津 00060）

自然采光是人們?cè)诮ㄖ欣锰柟鈦斫鉀Q照明問題的一種方法。相比人工照明方式，充足的自然采光不僅有利于照明節(jié)能，而且有利于增加室內(nèi)外的自然信息交流，改善空間衛(wèi)生環(huán)境，調(diào)節(jié)空間使用者的心情，有利于使用者的生理和心理健康。綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)主要功能空間提出自然采光評(píng)價(jià)要求。在項(xiàng)目實(shí)際檢測中，受諸多因素影響，檢測現(xiàn)場很難滿足標(biāo)準(zhǔn)天空條件，限制了實(shí)際檢測工作的開展。但是在非標(biāo)準(zhǔn)工況下，因室外照度的影響，室內(nèi)照度檢測數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)一定程度的偏離，從而影響對(duì)建筑實(shí)際采光性能的判斷，進(jìn)而影響室內(nèi)光環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)結(jié)果。

1 項(xiàng)目概述

本項(xiàng)目選取天津市河西區(qū)的 1 棟 3 F 辦公樓為研究對(duì)象。建筑北側(cè)無遮擋，場地空曠，建筑高度約為 10.5 m。選取建筑北側(cè) 3 個(gè)不同的房間進(jìn)行室內(nèi)照度檢測。房間為空房，無家具、無設(shè)備，房間采光方式為單側(cè)采光，房間、窗戶的參數(shù)如表 1 所示。

表1 房間參數(shù)表

2 檢測方法

自然采光儀器選用 AS 823，精度為 0.1 lx。根據(jù) GB/T 5699—2017《采光測量方法》的規(guī)定，考慮到房間為矩形形狀，本報(bào)告選用等距離布點(diǎn)法，測點(diǎn)間距為 1.0 m，靠內(nèi)墻間距 1.0 m 取測點(diǎn)。室內(nèi)測點(diǎn)照度測量時(shí)，照度儀距離地面高度為 0.8 m。室外照度與室內(nèi)照度需同時(shí)測量，室內(nèi)照度的測量需排除人工照明的影響以及避免直射光，室外照度應(yīng)選擇無室外遮擋物，接收器應(yīng)置于與周圍建筑物或其他遮擋物的距離大于遮擋物的 6 倍處，盡量選在太陽照射區(qū)與陰影區(qū)的交界處附近。

3 模擬計(jì)算

3.1 模擬方法分析

數(shù)學(xué)模型的建立更能反映采光系數(shù)的計(jì)算過程。參考GB 50033—2013《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，在室內(nèi)參考平面上的一點(diǎn)，由直接或間接地接收來自假定和已知天空亮度分布的天空漫射光而產(chǎn)生的照度與同一時(shí)刻該處天空半球在室外無遮擋水平面上產(chǎn)生的天空漫射光照度之比，即為室內(nèi)采光系數(shù)用Ci表示，按式（1）計(jì)算。

式中：Ei—室內(nèi)照度，lx；

E0—與該點(diǎn)同時(shí)測得的室外漫射光照度，lx。

3.2 模擬計(jì)算的可靠性驗(yàn)證

根據(jù)室外氣象條件，分別對(duì)房間 1、2、3 的室內(nèi)照度進(jìn)行了檢測，同時(shí)在相同室外照度下，對(duì)房間內(nèi)照度進(jìn)行了模擬分析。通過對(duì)檢測結(jié)果、模擬結(jié)果的對(duì)比分析，并按照式（2）、式（3）計(jì)算其相對(duì)偏差、平均相對(duì)偏差，從而判斷模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)果如表 2 所示。

表2 檢測、模擬結(jié)果對(duì)比分析表

式中：ε—相對(duì)偏差，%；

Es—模擬照度值，lx ；

Et—檢測照度值，lx。

式中：ε—平均相對(duì)偏差，%；

n— 測點(diǎn)數(shù)量；

εi—相對(duì)偏差，%。

房間 1～3 室內(nèi)照度的模擬值與檢測值的最大相對(duì)偏差、平均相對(duì)偏差均 ＜ 5%，證明綠建斯維爾采光模擬軟件可靠性高。同時(shí)也驗(yàn)證了照度檢測過程中，檢測人員檢測方法基本正確，人員衣著等外界干擾小，檢測結(jié)果可信度高。

4 檢測結(jié)果修正

基于模擬軟件可靠性驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，以 CIE （國際標(biāo)準(zhǔn)照明委員會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)全陰天作為天氣模型，對(duì)房間1、2、3 進(jìn)行多工況（10 000～20 000 lx）室內(nèi)采光照度檢測分析。參照 CSUS/GBC 05—2014《綠色建筑檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，檢測條件如下。① 為保證檢測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，檢測時(shí)間選擇在一天的 10:00～14:00。② 為避免檢測人員對(duì)檢測結(jié)果的影響，檢測人員統(tǒng)一著深色服裝進(jìn)行檢測。列表統(tǒng)計(jì)10 000～20 000 lx 工況下，室內(nèi)采光照度檢測結(jié)果。

以室外照度為 15 000 lx 標(biāo)準(zhǔn)工況，分別對(duì)不同室外照度工況下不同房間位置的照度檢測結(jié)果進(jìn)行修正。根據(jù)不同工況下的照度修正數(shù)據(jù)可知，同一水平線上，距離外窗越近，測點(diǎn)的照度修正系數(shù)呈線性變化；距離外窗相同時(shí)，即進(jìn)深相同時(shí)，測點(diǎn)的照度修正系數(shù)基本一致。

對(duì)同一進(jìn)深（與外窗的距離相同）不同檢測點(diǎn)的照度修正值取平均值。經(jīng)計(jì)算可知，距離外窗越近，照度修正值受室外照度的影響越明顯。同時(shí)，靠近外窗的最外側(cè)測點(diǎn)，因受室外照度的影響較明顯，修正系數(shù)等于室外標(biāo)準(zhǔn)工況 15 000 lx 與檢測工況的實(shí)際照度值的比值。

根據(jù)房間 1、房間 3 的修正系數(shù)計(jì)算結(jié)果可知，同一測點(diǎn)、同一進(jìn)深的修正系數(shù)平均值基本與房間 2 保持一致。雖然不同的窗墻面積比、窗戶類型會(huì)對(duì)室內(nèi)采光有一定程度的影響，但對(duì)于同一個(gè)房間而言，若按照標(biāo)況（室外照度 15 000 lx）進(jìn)行修正，各因素的影響基本可以抵消。換言之，室內(nèi)照度修正值不會(huì)隨建筑本身?xiàng)l件的變化而變化。

5 結(jié) 語

為優(yōu)化照度檢測方法，方便檢測工作的開展，將不同室外照度下測出的照度數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)工況進(jìn)行修正，使結(jié)果更具可比性。在室外照度為 10 000～20 000 lx 的變化范圍內(nèi)，對(duì)不同窗墻比、不同窗戶類型的房間進(jìn)行室內(nèi)照度檢測。分析發(fā)現(xiàn)，雖然窗墻比、窗戶類型等對(duì)室內(nèi)照度檢測值影響較大，但是對(duì)修正系數(shù)影響甚微。因此，本文研究數(shù)據(jù)具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

通過上述研究可知，室內(nèi)照度檢測可突破 GB/T 5699—2017《采光測量方法》中 CIE 標(biāo)準(zhǔn)全陰天的限制，在室外任一工況下檢測室內(nèi)照度，再按照此修正方法，折算到標(biāo)準(zhǔn)工況即可。