基于采光的贛北高校宿舍側窗尺寸研究

馬智超

（九江學院建筑工程與規劃學院，江西 九江 332000）

0 引言

不同于中小學生，大學生的學習行為不僅僅發生于教室空間內。除了教室、圖書館等學習場所外，高校學生宿舍也是大學生們進行學習活動的重要場所，因此也需要重點考慮高校學生宿舍的天然光環境［1］。然而在贛北地區高校中，學生宿舍建筑多采用單側邊采光，再加上進深相對較大，使得宿舍的自然采光本身具有一定難度。因此高校學生宿舍天然光環境進行優化具有重要的意義。

1 贛北地區光氣候特點

贛北地區是指江西的北部地區，主要包括南昌、九江、宜春、鷹潭、上饒和景德鎮等地級市組成。贛北地區的水資源十分發達，位于長江南部，贛江下游，區域內還擁有著我國最大的淡水湖——鄱陽湖。與此同時，贛北地區地形以丘陵山地為主境內擁有著廬山、武功山、明月山、三清山等山脈。贛北地區屬于亞熱帶季風氣候，結合區域內寬廣的水域、起伏的地形，使得贛北地區的降水豐富，雨季時間長，晴天時間相對較少［7］。

我國按照室外天然光年平均總照度的高低，將全國共劃分為5個光氣候區，其中贛北地區隸屬于Ⅳ類光氣候區。Ⅳ類光氣候區的室外天然光年平均照度值Eq的范圍處于22～24klx之間，室外天然光臨界照度值為4500lx［8］。整體來看，相比較于其他光氣候區，處于Ⅳ類光氣候區的贛北地區可利用天然光時間相對較少，更加需要重視加大天然光的利用率。

2 研究對象及評價指標

2.1 研究對象

研究選取九江學院的某棟學生宿舍樓作為研究對象。該棟學生宿舍樓為南北向，位于校園的生活區見圖1。通過對該宿舍樓進行實地調研，發現該宿層數為七層，平面布局采用內廊式，宿舍標準單元室內采用雙側邊布置床位的方式，側窗洞口居中。其中，宿舍標準間的平面尺寸為3600mm×6500mm，層高為3400mm，窗臺高度為900mm，窗洞口的尺寸為1800mm×1800mm見圖2。宿舍標準間的窗地比為1.04/7。

圖1 宿舍位置

圖2 宿舍標準間平面（單位：mm）

2.2 評價指標

采光系數C是指室內平面上的一點由全陰天天空漫射光所產生的照度與同時間地點下室外無遮擋水平面上由全陰天天空漫射光所產生的照度的比值，其反映的是全陰天情況下室內天然光照度情況［3］。在GB 50033-2013《建筑采光設計標準》中，對宿舍建筑的天然采光并未規定。但在《宿舍建筑設計規范》中，要求宿舍內的居室的采光系數標準值不應低于2%［9］。在GB 50034-2013《建筑照明設計標準》中，要求以地面為參考面的照度標準值不應低于150lx［10］。在GB 50033-2013《建筑采光設計標準》中，對于側面采光和頂部采光統一采用平均值作為采光系數標準值和照度標準值，以反映出房間采光狀況的平均水平［11］。因此文中對采光系數和照度的評價均采用平均值。

照度均勻度反映的是建筑室內照度分布的均勻程度，是衡量室內光環境的重要參數，其數值為室內照度最低值與室內照度平均值之比。根據《建筑照明設計標準》，宿舍建筑室內照度均勻度要求不低于0.40。

在《建筑照明設計標準》中，對學生宿舍室內光環境評價選取以地面參考面，但是在2020年中華人民共和國住房和城鄉建設部發布的《建筑照明設計標準（征求意見稿）》中，將學生宿舍參考面由地面修改為0.75m水平［12］。相比較于以地面為參考面，以0.75m高度的水平面作為參考面更加符合高校學生的生活學習特點，研究針對高校宿舍自然采光的模擬，選取宿舍0.75m高度水平面上的采光系數、照度和照度均勻度3個參數變量為評價指標進行分析。

3 現狀宿舍自然采光模擬

3.1 模型建立及參數設置

在斯維爾采光分析軟件DALI中建立該棟宿舍樓模型，選取二層南向標準單元作為分析對象。在進行宿舍天然光環境模擬前，需要首先對相關參數進行設置，包括地理位置信息、室外天空類型、室內分析平面以及相關材質參數等。將模型地理位置設置為江西省九江市，采光系數模擬選取的天空條件設置為CIE全陰天天空，照度模擬的時刻為冬至日全陰天情況下的中午12：00，室內分析平面選取距離750mm處。根據實地考察，該宿舍的室內墻面及頂面均為白色粉刷材料，故將其反射比設定為0.75，地面反射比為0.3，玻璃為普通單層白玻璃，透射比為0.8見表1。

表1 模型參數設置

3.2 現狀宿舍自然采光模擬結果

選取該宿舍樓二層南向標準單元進行分析，對全陰天天空條件下該宿舍的自然光環境進行模擬，得到宿舍的室內照度分布圖和采光系數分布圖，見圖3、圖4。根據模擬結果，計算優化前該宿舍的天然光照度平均值、采光系數平均值、照度均勻度等參數見表2。

圖3 宿舍標準間照度分布

圖4 宿舍標準間采光系數分布

表2 優化前宿舍單元光環境模擬結果

根據模擬結果，該宿舍單元天然光照度平均值為318lx，采光系數平均值為2.35%，采光系數最小值為0.45%，采光均勻度為0.192。從以上結果可以發現該宿舍的主要采光問題為天然光采光均勻度較低，房間較大進深處的采光系數較低，存在較大的面積的區域照度值低于150lx。而該宿舍標準間的窗洞面積較小，窗地面積比小于1/7，是該房間天然光采光不足的主要原因，因此在進行優化時，可以考慮增大房間窗洞尺寸。

黃庭堅強調煉句，多有奇妙之語，朝鮮詩人就經常取黃庭堅的詩語入詩，如李穡《又賦》說朋友“詩語自變如涪翁”[2](4輯，P282)，奇大升《圍棋》表示“涪翁妙句心能會”[2](40輯，P25)，金錫胄《納清亭》也“徘徊為覓涪翁句”[2](145輯，P229)，金鎮圭《壽伯氏生朝》說哥哥“孤生已感涪翁語”[2](174輯，P56)。詩人們用黃庭堅詩語主要有三種形式：巧妙點化、稍作改動和直接引入。

4 宿舍側窗洞口優化模擬

根據現狀宿舍自然采光的模擬結果，考慮改變宿舍側窗洞口的尺寸，并利用DALI軟件對不同尺寸的側窗洞口分別進行模擬，通過量化分析來探求不同側窗洞口尺寸對宿舍自然采光的影響。考慮到雙側邊布置床位為宿舍建筑常用的家具布置方式，此種情況下，宿舍單元通常采用側窗居中的開洞形式。因此研究的優化模擬建立在側窗居中的前提下。

4.1 側窗洞口尺寸設計

宿舍側窗洞口尺寸主要由窗高、窗寬以及窗臺高3個參數組成。文中將所有側窗洞口的窗臺高均設定為900mm，僅僅考慮改變窗高和窗寬。為了分別研究窗高和窗寬兩個參數對宿舍天然光環境的影響程度，文中設定兩組對照組。A組僅僅改變窗洞口的寬度，以50mm為步長，設計1850、1900、1950、2000、2050、2100的6種窗寬的洞口；B組僅僅改變窗洞口的高度，同樣以 50mm 為步長，設計 1850、1900、1950、2000、2050、2100這6種窗高的洞口。兩組窗洞的窗臺高度，以及窗中線的位置均完全一致。

4.2 側窗洞口尺寸對宿舍天然光環境的影響

在DALI軟件中分別對兩組側窗洞口進行模擬，根據模擬結果計算照度平均值、采光系數平均值和采光均勻度，并繪制成圖表。

從圖5、圖6可以發現：

圖5 窗寬、窗高與室內平均照度的關系

圖6 窗寬、窗高與室內采光系數平均值關系

（1） 在全陰天的天空情況下，A、B兩組側窗洞口的宿舍內的天然光照度平均值和采光系數平均值隨著窗洞尺寸的增大而增大，窗寬、窗高與宿舍天然光照度平均值，以及采光系數的平均值均基本呈線性關系。

（2） 從A、B兩組側窗洞口模擬數據來看，發現窗寬和窗高對宿舍內的天然光照度平均值影響程度存在一定差異。在保持窗臺高度和窗中心線位置不變的情況下，增加窗寬對宿舍室內天然光平均照度以及采光系數平均值的改善作用更大。

從圖7中可以發現：

圖7 窗寬、窗高與室內照度均勻度的關系

（1） 在全陰天天空的條件下，隨著窗寬或窗高的線性增加，宿舍天然光照度均勻度并不是呈線性變化。

（2） 當僅僅考慮增加窗寬時，隨著側窗寬度的增加，宿舍天然光照度均勻度呈現出先降低后增大最后再逐漸降低的變化態勢。當側窗寬度為1900mm時，天然光均勻度具有最大值。當側窗高度為2050，2100mm時，天然光照度均勻度低于優化前。

（3） 當僅僅考慮增加窗高時，隨著側窗高度的增加，宿舍采光均勻度呈現出先增大后減少再增大的變化趨勢。當側窗高度為2100mm時，天然光照度均勻度具有最大值。

（4） 整體來看，增加側窗高度對宿舍天然光照度均勻度的改善作用優于增加側窗寬度。

5 結語

通過對贛北地區高校學生宿舍進行建模并模擬分析，發現該宿舍存在著室內天然光照度不均勻、進深較大處照度較低等問題。之后建立兩組對照實驗研究側窗洞口的寬度及高度分別對高校宿舍室內天然光環境的影響，分析得出：

（1） 在窗臺高度不變的情況下，側窗洞口的寬度及高度對贛北高校學生宿舍的室內天然光照度、采光系數以及照度均勻度的影響具有差異性。

（2） 從室內天然光照度、采光系數層面考慮，相比較于增大側窗洞口高度，增大側窗洞口的寬度對贛北高校學生宿舍的天然光環境具有更優的改善效果。

（3） 從室內天然光照度均勻度的層面考慮，增大側窗洞口高度對室內天然光照度均勻度具有改善作用；增大側窗洞口寬度則有可能反而降低天然光照度。整體來看，增大側窗洞口的高度對贛北高校學生宿舍天然光照度均勻度的改善效果更好。

文中研究了側窗洞口的寬度及高度分別對贛北地區高校學生宿舍室內天然光環境的影響程度，為學生宿舍方案設計以及既有學生宿舍改造設計提供了參考。但是研究并未對室內眩光情況進行分析評估，在今后的研究中將結合室內眩光分析，以及全年動態采光分析進行補充，以得出更加合理全面的結果。