重庆地区点式住宅室内采光难点问题研究

2015-01-12徐航秦砚瑶戴辉自刘军郭帆

重庆建筑 2015年6期

徐航，秦砚瑶，戴辉自，刘军，郭帆

（中煤科工集团重庆设计研究院有限公司，重庆 400016）

0 引言

气候系数为1.20，重庆市建筑室内主要功能房间的采光系数标准值，见表1。

在人们生活中，阳光如同空气和水一样是不可缺少的重要生存因素。住宅中充分利用自然光的实际意义，不仅限于它的经济意义方面，还在于人们习惯于天然光，充足的天然采光有利于居住者的生理和心理健康，同时也有利于降低人工照明能耗。各种光源的视觉试验结果表明，在同样照度的条件下，天然光的辨认能力优于人工光，从而有利于人们工作、生活、保护视力和提高劳动生产率[1]。利用好天然光资源，提高住宅光环境质量，是住宅天然采光需解决的重要问题。

现由于重庆地价上涨，开发商为了节约土地资源，新建高层住宅多为点式建筑。点式建筑虽然节约土地资源、空间灵活、结构强度高，但通风、采光性能差，尤其是点式建筑内存在的凹槽结构，导致凹槽内空间自然采光条件无法满足标准要求，不利于业主居住的舒适。本文通过模拟研究辅助点式住宅凹槽内自然采光设计，并适度提出自然采光优化方案，提高采光舒适性。

表1 住宅建筑的采光标准值

针对侧面采光系数的计算方式，《建筑采光设计标准》GB 50033-2013第6章6.0.2作了详细的介绍。侧面采光计算公式：

1 住宅建筑自然采光设计研究

1.1 自然采光理论研究

自然采光可采用顶部采光和侧面采光，目前住宅建筑中，大多采用侧面采光。《建筑采光设计标准》GB 50033-2013[2]规定，重庆市属于Ⅴ类光气候区，其室外设计照度为12000lx，光

式中

Ac——窗洞口面积；

兹——从窗中心点计算的垂直可见天空的角度值，无室外遮挡为90°；

子——窗的总透射比；

Az——室内表面总面积。

标准中虽然给出相应的计算方法，但在实际设计过程中，建筑设计周期不断被压缩，建筑师水平参差不齐，无法采用该公式进行手算。目前室内采光达标情况可简单采用采光洞口的窗地面积比例，即计算结果不低于1/7可视为满足规范要求。也可以通过软件模拟的方法来判定室内采光是否满足标准要求。通过窗地比的方法来判定采光效果的方法对点式住宅建筑中凹槽内的大进深房间并不适用，误差较大，所以本文考虑主要是通过软件模拟的方法来定量分析计算室内采光系数。Autodesk Ecotect Analysis软件可用于模拟室内自然采光。它基于如下假设：不考虑直射光，到达房间内任一点上的自然光包含三个独立的组成部分（天空光组分Sky Component、外部反射光组分?Externally Reflected Component、反射光组分Reflected Component），前两部分在室内表面上的内部反射。Ecotect软件中使用的是CIE全阴天分布 (Overcast Sky Distribution)计算模型，可以通过当前分析网格或独立的传感点来计算自然光照明[3]。

1.2 点式住宅项目采光问题

目前重庆的点式住宅一般布局为三梯六户，大多数设计中厨房、客厅和卧室的开间都比较小而进深比较大，影响了其开窗面积。尤其是一些高层住宅建筑外轮廓存在凹槽，其凹槽两侧对其外窗采光范围的遮挡影响了房间自然采光，特别是较低楼层的房间，大多数仅能保证通风需要，而采光往往不足，给业主的日常生活带来了许多不便。同时，随着业主权益意识的觉醒与提高，建设主管部门收到的点式住宅的凹槽采光较差投诉日渐增多。因此，通过室内自然采光设计优化，提高点式住宅室内的采光水平，对于业主日常生活，亦或是对建设主管部门而言，均大有益处。

1.3 室内自然采光设计优化方法研究

由式（1），可以通过增大采光窗洞口的面积、窗的透射比、调整房间的面积和减少采光窗外部的遮挡来改善房内的采光条件。

室内自然采光设计优化方法步骤如下（如图1）：（1）按1/7的窗地比要求进行初判；（2）对原有设计户型进行采光模拟，对模拟结果进行分析，找出未满足标准要求的房间；（3）然后对未满足标准要求的房间进行分析调整；（4）再对调整后的模型进行采光模拟，直到调整后的房间满足采光标准要求；（5）对整个模拟和调整的过程进行分析，找出影响室内采光的主要原因和优化的方法与思路，提出采光设计中应注意的要点。

图1 室内自然采光设计优化方法步骤

2 采光设计优化案例研究

现在以重庆某项目为例，选取该项目中一栋高层点式住宅底层户型作为本次模拟标准层，周围遮挡建筑考虑水平15°夹角内高层建筑。模型建立如图2。

该楼层高31，正北朝向，选取北向在凹槽内的户型，对其客厅、次卧、厨房采光效果进行研究对比。其次卧采光洞口为0915的凸窗，窗台高度为900；客厅采光洞口为1522的推拉门；厨房采光洞口为0722的玻璃门。模拟中外窗材料选择隔热金属型材和6透明+12A+6透明玻璃，可见光透射比为0.71，外墙为米黄色调和漆饰面，反射比为0.70。

图2 总图模型

如图3，选取户型厨房采光外窗在凹槽内深度为7400mm宽度为900mm；次卧采光外窗在凹槽内深度为6200mm，宽度为2450mm；客厅采光外窗在凹槽内深度为2400mm。厨房的窗地比约为1/4，卧室的窗地比约为1/6，客厅的窗地比约为1/6，均满足采光洞口的窗地面积比例不低于1/7的判断结果。由模拟结果可以看出：该朝向户型厨房、卧室、客厅均未满足采光标准上关于重庆地区平均采光系数要求。因此，对于点式凹槽建筑而言，简单用窗地面积比例不低于1/7判断各房间的采光系数是否达标并不适用。在实际设计中，应通过建筑设计布局的优化，对原设计进行相应调整后，再次采用Ecotect软件对以上户型进行自然采光的模拟。如图4。

图3 户型平面图

图4 原设计采光模拟结果

为增强室内自然采光，可考虑增大房间的窗地比，使其满足采光标准上关于重庆地区平均采光系数的要求，设计时作如下采光优化处理：次卧采光洞口由900×1500凸窗调整为900×2000的凸窗，采光洞口面积增加0.45m2，前窗地比由0.16调整为0.26；客厅采光洞口由1500×2200推拉门调整为1500×2400推拉门，采光洞口面积增加0.3m2，窗地比由0.176调整为0.192；厨房以调整室内隔断来提高房间内的采光系数，如图5（方案一）保持厨房采光洞口的大小与位置不变，将内侧有门的隔断往厨房内移动1350mm，厨房的面积减少了2.4m2，窗地比由0.23调整为0.35。

图5 厨房（方案一）隔断调整

从修改后户型的模拟结果图6（厨房结果为方案一）中看出，室内平均采光系数均达到了采光标准上关于重庆地区的要求。以上调整采光洞口和调整室内表面积的方法均可以优化室内采光，前者更适合于采光面开间较大而采光洞口可调整的房间，后者更适合于采光洞口调整空间被限制的房间。

图6 修改后采光模拟结果

通过以上研究可看出，凹槽因其特殊性对采光具有重要影响，因此，在设计时控制凹槽的深宽比，将狭长型凹槽尽可能变为“宽胖型”凹槽。但深宽比为何值时，在满足不低于1/7窗地比下，凹槽内空间可满足采光要求。采用Ecotect软件进行分析，以采光受凹槽影响最大的厨房为例。如图3，厨房凹槽的深度约为7400mm，宽度约为900mm，窗地比约为1/4，凹槽深度与宽度的比值约为8/1，平均采光系数的模拟结果为1.55%。在原有模型的基础上按比例增加凹槽的宽度再进行模拟，最终得到表2结果。当凹槽深度与宽度的比值约为3/1时，得到如图6（厨房方案二）的模拟结果，平均采光系数为2.46%，此时厨房可满足自然采光的要求。当凹槽深度进一步加深时，即凹槽深度与宽度的比值大于3/1时，厨房的采光一般不能满足要求。