三林基地社區(qū)服務(wù)中心自然采光效果分析

■ 張 蕊 Zhang Rui

0 引言

自然光一直是建筑采光中的最佳光源，在建筑中采用自然光照明適應(yīng)人的生理和心理需要，可以提高人們學(xué)習(xí)和工作的效率，有助于營建舒適而令人愉悅的生活環(huán)境。另一方面，自然光由于其無污染和可以再生性成為一種清潔光源，對于自然光的大量使用可以在降低污染的同時節(jié)約能源，對生態(tài)保護和能源節(jié)約有著積極的作用。

一般建筑的自然采光均可通過建筑外墻面開窗的方式實現(xiàn)，而對于進深較大的公共建筑，僅通過外窗難以將室外光線引入建筑內(nèi)區(qū)，此外，地下空間的自然采光問題也越來越引起人們的廣泛關(guān)注。在項目設(shè)計階段采用適宜的被動式設(shè)計方案，不僅可有效解決此類建筑自然采光問題，還可避免因主動技術(shù)帶來的增量成本問題。本文將結(jié)合上海市保障性住房三林基地社區(qū)服務(wù)中心項目，對各項被動式采光設(shè)計方案及其應(yīng)用效果進行分析。

1 項目概況

上海市保障性住房三林基地社區(qū)服務(wù)中心是保障性住房配套公建，主要用作社區(qū)街道辦事處、工商和水務(wù)的辦公場所。中心總占地面積9 476.4m2，總建筑面積10 860m2，其中地上建筑面積9 342m2，地下建筑面積1 518m2。為充分利用自然光，本項目采取多種被動式采光設(shè)計措施，包括地下室下沉式庭院、建筑中庭采光頂、建筑中庭上方天井等(圖1)。

圖1 三林基地社區(qū)服務(wù)中心效果圖

2 被動式采光設(shè)計方案

2.1 下沉式庭院

三林基地社區(qū)服務(wù)中心地下室為敞開式設(shè)計的半地下室，半地下室雖可利用凸出地面部分的外墻設(shè)采光通風(fēng)窗，但由于本項目外墻突出地面部分高度最高只有1.5m，開窗面積受到限制，而地下室的高度超過4m，若窗洞口的采光面積很小，光線入射進深小，采光不均勻，難以達到較為理想的自然采光效果。

因此，本項目在建筑的南面采用了下沉式庭院的設(shè)計方案，庭院的地坪和地下室的地坪等高，寬度為3.9m，下沉式庭院不僅可大大增強自然采光效果，而且可減少甚至避免地下空間的封閉感，并可為人們提供半室外的休憩活動空間，豐富建筑空間環(huán)境的情趣(圖2)。

圖2 三林基地社區(qū)服務(wù)中心下沉式庭院照片

2.2 中庭采光頂及天井

三林基地社區(qū)服務(wù)中心從建筑設(shè)計的角度出發(fā)，在建筑設(shè)計之初就關(guān)注自然光的運用，結(jié)合建筑形體，在建筑內(nèi)區(qū)4層以下設(shè)置了中庭，內(nèi)區(qū)4層以上是與外部連通的天井，室外光線透過采光頂及外窗透明部分進入建筑內(nèi)部，可有效改善室內(nèi)光環(huán)境(圖3、4)。

圖3 三林基地社區(qū)服務(wù)中心中庭及天井自然采光示意圖

圖4 三林基地社區(qū)服務(wù)中心天井及中庭采光頂照片

3 建筑自然采光效果分析

為驗證采用下沉式庭院、中庭及天井設(shè)計方案的自然采光效果，并將采光效果量化，本文采用Ecotect建模結(jié)合Radiance計算的方式進行模擬分析，且在模擬過程中考慮圍護結(jié)構(gòu)壁面反射比、玻璃可見光透過率等參數(shù)，以使模擬結(jié)果盡量符合實際情況，各參數(shù)設(shè)置如表1所示。

3.1 地下室自然采光模擬分析

地下室的自然采光模型和采光效果圖如圖5、圖6所示，從圖6可以看出，地下空間主要功能房間的自然采光效果良好。自然采光隨時間、

表1 采光模擬參數(shù)設(shè)置[1]

季節(jié)變化，為了更好的評估自然采光效果，國際上常用“采光系數(shù)”（daylight factor）作為自然采光的評價指標，使用CIE 全陰天模型，考慮最不利條件下的結(jié)果。通過模擬得到地下空間的采光系數(shù)如表2所示，采光系數(shù)不低于0.5%的建筑面積比例為45.29%，其中廚房的采光系數(shù)標準值為3.3%，餐廳的采光系數(shù)標準值為3.93%，符合《建筑采光設(shè)計標準》(GB 50033-2013)的相關(guān)要求。

圖5 地下室采光分析模型

圖6 地下室采光效果圖

3.2 室內(nèi)空間自然采光模擬分析

為分析中庭采光頂對于建筑內(nèi)區(qū)自然采光效果的影響，本文采用Ecotect軟件進行了兩次模擬，分析中庭設(shè)采光頂和不設(shè)采光頂情況下的室內(nèi)自然采光效果，以社區(qū)服務(wù)中心的第一層為模擬對象的自然采光效果圖如(圖7)所示，從效果圖(圖8、9)中可以看出，當(dāng)中庭設(shè)采光頂時，建筑內(nèi)區(qū)敞亮，而當(dāng)中庭不設(shè)采光頂時，由于室外光線無法引入建筑內(nèi)部，導(dǎo)致建筑內(nèi)區(qū)成了自然采光盲區(qū)。

表2 地下室采光系數(shù)

圖7 室內(nèi)采光分析模型

為分析中庭上方天井對于室內(nèi)自然采光的影響，本文模擬了天井周邊墻體設(shè)窗和未設(shè)窗兩種情況下的室內(nèi)自然采光效果，以社區(qū)服務(wù)中心的第四層為模擬對象的自然采光效果圖如圖10、圖11，從效果圖中可以看出，當(dāng)周邊墻體設(shè)置窗時，相鄰的辦公室、走廊等區(qū)域的自然采光效果良好，而當(dāng)周邊墻體未設(shè)置窗時，天井周邊區(qū)域不能進行自然采光。

對社區(qū)服務(wù)中心第四層主要功能區(qū)域做進一步的分析，得出自然采光效果圖如圖12所示，采光系數(shù)如表3所示，從表中可以看出，采光系數(shù)不低于3%的建筑面積比例為79.65%，符合《綠色建筑評價標準》(DG/TJ08-2090-2012)中75%的要求。

圖8 中庭設(shè)采光頂?shù)牟晒庑Ч麍D

圖9 中庭不設(shè)采光頂?shù)牟晒庑Ч麍D

圖10 周邊墻體設(shè)窗的采光效果圖

圖11 周邊墻體未設(shè)窗的采光效果圖

圖12 社區(qū)服務(wù)中心4F主要功能房間

表3 社區(qū)服務(wù)中心4F主要功能房間采光系數(shù)

4 結(jié)論

上海市保障性住房三林基地社區(qū)服務(wù)中心下沉式庭院、建筑中庭采光頂及上方天井等被動式采光設(shè)計方案的運用可有效改善地下室及建筑室內(nèi)空間的自然采光效果，進而改善室內(nèi)環(huán)境，節(jié)約照明能耗。在目前保障性住房大規(guī)模建造的形式下，這種低成本的采光設(shè)計方案對于類似的保障性住房配套公建具有示范意義。