重慶地區點式住宅室內采光難點問題研究

徐航，秦硯瑤，戴輝自，劉軍，郭帆

（中煤科工集團 重慶設計研究院有限公司，重慶 400016）

0 引言

氣候系數為1.20，重慶市建筑室內主要功能房間的采光系數標準值，見表1。

在人們生活中，陽光如同空氣和水一樣是不可缺少的重要生存因素。住宅中充分利用自然光的實際意義，不僅限于它的經濟意義方面，還在于人們習慣于天然光，充足的天然采光有利于居住者的生理和心理健康，同時也有利于降低人工照明能耗。各種光源的視覺試驗結果表明，在同樣照度的條件下，天然光的辨認能力優于人工光，從而有利于人們工作、生活、保護視力和提高勞動生產率[1]。利用好天然光資源，提高住宅光環境質量，是住宅天然采光需解決的重要問題。

現由于重慶地價上漲，開發商為了節約土地資源，新建高層住宅多為點式建筑。點式建筑雖然節約土地資源、空間靈活、結構強度高，但通風、采光性能差，尤其是點式建筑內存在的凹槽結構，導致凹槽內空間自然采光條件無法滿足標準要求，不利于業主居住的舒適。本文通過模擬研究輔助點式住宅凹槽內自然采光設計，并適度提出自然采光優化方案，提高采光舒適性。

表1 住宅建筑的采光標準值

針對側面采光系數的計算方式，《建筑采光設計標準》GB 50033-2013第6章6.0.2作了詳細的介紹。側面采光計算公式：

1 住宅建筑自然采光設計研究

1.1 自然采光理論研究

自然采光可采用頂部采光和側面采光，目前住宅建筑中，大多采用側面采光。《建筑采光設計標準》GB 50033-2013[2]規定，重慶市屬于Ⅴ類光氣候區，其室外設計照度為12000lx，光

式中

Ac——窗洞口面積；

茲——從窗中心點計算的垂直可見天空的角度值，無室外遮擋為90°；

子——窗的總透射比；

Az——室內表面總面積。

標準中雖然給出相應的計算方法，但在實際設計過程中，建筑設計周期不斷被壓縮，建筑師水平參差不齊，無法采用該公式進行手算。目前室內采光達標情況可簡單采用采光洞口的窗地面積比例，即計算結果不低于1/7可視為滿足規范要求。也可以通過軟件模擬的方法來判定室內采光是否滿足標準要求。通過窗地比的方法來判定采光效果的方法對點式住宅建筑中凹槽內的大進深房間并不適用，誤差較大，所以本文考慮主要是通過軟件模擬的方法來定量分析計算室內采光系數。Autodesk Ecotect Analysis軟件可用于模擬室內自然采光。它基于如下假設：不考慮直射光，到達房間內任一點上的自然光包含三個獨立的組成部分（天空光組分Sky Component、外部反射光組分?Externally Reflected Component、反射光組分Reflected Component），前兩部分在室內表面上的內部反射。Ecotect軟件中使用的是CIE全陰天分布 (Overcast Sky Distribution)計算模型，可以通過當前分析網格或獨立的傳感點來計算自然光照明[3]。

1.2 點式住宅項目采光問題

目前重慶的點式住宅一般布局為三梯六戶，大多數設計中廚房、客廳和臥室的開間都比較小而進深比較大，影響了其開窗面積。尤其是一些高層住宅建筑外輪廓存在凹槽，其凹槽兩側對其外窗采光范圍的遮擋影響了房間自然采光，特別是較低樓層的房間，大多數僅能保證通風需要，而采光往往不足，給業主的日常生活帶來了許多不便。同時，隨著業主權益意識的覺醒與提高，建設主管部門收到的點式住宅的凹槽采光較差投訴日漸增多。因此，通過室內自然采光設計優化，提高點式住宅室內的采光水平，對于業主日常生活，亦或是對建設主管部門而言，均大有益處。

1.3 室內自然采光設計優化方法研究

由式（1），可以通過增大采光窗洞口的面積、窗的透射比、調整房間的面積和減少采光窗外部的遮擋來改善房內的采光條件。

室內自然采光設計優化方法步驟如下（如圖1）：（1）按1/7的窗地比要求進行初判；（2）對原有設計戶型進行采光模擬，對模擬結果進行分析，找出未滿足標準要求的房間；（3）然后對未滿足標準要求的房間進行分析調整；（4）再對調整后的模型進行采光模擬，直到調整后的房間滿足采光標準要求；（5）對整個模擬和調整的過程進行分析，找出影響室內采光的主要原因和優化的方法與思路，提出采光設計中應注意的要點。

圖1 室內自然采光設計優化方法步驟

2 采光設計優化案例研究

現在以重慶某項目為例，選取該項目中一棟高層點式住宅底層戶型作為本次模擬標準層，周圍遮擋建筑考慮水平15°夾角內高層建筑。模型建立如圖2。

該樓層高31，正北朝向，選取北向在凹槽內的戶型，對其客廳、次臥、廚房采光效果進行研究對比。其次臥采光洞口為0915的凸窗，窗臺高度為900；客廳采光洞口為1522的推拉門；廚房采光洞口為0722的玻璃門。模擬中外窗材料選擇隔熱金屬型材和6透明+12A+6透明玻璃，可見光透射比為0.71，外墻為米黃色調和漆飾面，反射比為0.70。

圖2 總圖模型

如圖3，選取戶型廚房采光外窗在凹槽內深度為7400mm寬度為900mm；次臥采光外窗在凹槽內深度為6200mm，寬度為2450mm；客廳采光外窗在凹槽內深度為2400mm。廚房的窗地比約為1/4，臥室的窗地比約為1/6，客廳的窗地比約為1/6，均滿足采光洞口的窗地面積比例不低于1/7的判斷結果。由模擬結果可以看出：該朝向戶型廚房、臥室、客廳均未滿足采光標準上關于重慶地區平均采光系數要求。因此，對于點式凹槽建筑而言，簡單用窗地面積比例不低于1/7判斷各房間的采光系數是否達標并不適用。在實際設計中，應通過建筑設計布局的優化，對原設計進行相應調整后，再次采用Ecotect軟件對以上戶型進行自然采光的模擬。如圖4。

圖3 戶型平面圖

圖4 原設計采光模擬結果

為增強室內自然采光，可考慮增大房間的窗地比，使其滿足采光標準上關于重慶地區平均采光系數的要求，設計時作如下采光優化處理：次臥采光洞口由900×1500凸窗調整為900×2000的凸窗，采光洞口面積增加0.45m2，前窗地比由0.16調整為0.26； 客廳采光洞口由1500×2200推拉門調整為1500×2400推拉門，采光洞口面積增加0.3m2，窗地比由0.176調整為0.192；廚房以調整室內隔斷來提高房間內的采光系數，如圖5（方案一）保持廚房采光洞口的大小與位置不變，將內側有門的隔斷往廚房內移動1350mm，廚房的面積減少了2.4m2，窗地比由0.23調整為0.35。

圖5 廚房（方案一）隔斷調整

從修改后戶型的模擬結果圖6（廚房結果為方案一）中看出，室內平均采光系數均達到了采光標準上關于重慶地區的要求。以上調整采光洞口和調整室內表面積的方法均可以優化室內采光，前者更適合于采光面開間較大而采光洞口可調整的房間，后者更適合于采光洞口調整空間被限制的房間。

圖6 修改后采光模擬結果

通過以上研究可看出，凹槽因其特殊性對采光具有重要影響，因此，在設計時控制凹槽的深寬比，將狹長型凹槽盡可能變為“寬胖型”凹槽。但深寬比為何值時，在滿足不低于1/7窗地比下，凹槽內空間可滿足采光要求。采用Ecotect軟件進行分析，以采光受凹槽影響最大的廚房為例。如圖3，廚房凹槽的深度約為7400mm，寬度約為900mm，窗地比約為1/4，凹槽深度與寬度的比值約為8/1，平均采光系數的模擬結果為1.55%。在原有模型的基礎上按比例增加凹槽的寬度再進行模擬，最終得到表2結果。當凹槽深度與寬度的比值約為3/1時，得到如圖6（廚房方案二）的模擬結果，平均采光系數為2.46%，此時廚房可滿足自然采光的要求。當凹槽深度進一步加深時，即凹槽深度與寬度的比值大于3/1時，廚房的采光一般不能滿足要求。

表2 廚房在多種凹槽深度寬度比值下采光模擬結果

3 結論

通過研究可發現：

（1）對于點式住宅建筑的室內自然采光，設計自然采光不足時，可考慮通過調整采光洞口大小或室內隔斷來增大窗地比例提高室內采光系數，在建筑凹槽較深而房間進深小時需要更大的窗地比例來滿足采光要求；

（2）對于含凹槽式的點式住宅建筑，當凹槽深度與寬度之比大于3/1時，一般較難滿足自然采光要求。

在點式住宅的自然采光設計時，應綜合分析以上因素來使室內達到合理的采光效果。同時應在設計階段充分利用模擬軟件進行輔助設計和分析，提高建筑自然采光的設計質量。

[1]張紹綱.住宅的天然采光的實測調查研究[J].北京：中國建筑科學研究院建筑物理研究所，2004.

[2]GB 50033-2013建筑采光設計標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3]柏慕中國.Autodesk Ecotect Analysis2011綠色建筑分析應用[M].北京：電子工業出版社，2012.