探析重慶地區機械工廠光環境優化設計策略

摘 要：對重慶某機械工廠進行了實地調研和測試，詳細分析了機械工廠光環境的現狀。并通過ecotect和radiance對機械工廠的照明進行模擬，通過軟件模擬提出機械工廠光環境優化設計策略。

關鍵詞：重慶機械工廠；光環境；優化設計

一、重慶機械工廠現場測試分析

第一次到工業園機械廠房測試的時間為2017年5月21號上午10：30-12：00，當時的天氣為陰天，室外溫度為22℃。機械廠房的空氣濕度維持在68%-72%之間。第二次到工業園機械廠房測試的時間為2017年5月22號上午9點到下午5點左右，當天的天氣情況和昨天比較相似，也是陰天，室外溫度在21℃-27℃之間。

根據（GB/T500332013）建筑采光設計標準，機械廠房對應的天然采光的標準應符合作業類型為整體裝配，視覺作業分類采光等級為Ⅲ級，室內天然光的臨界照度經過計算后為180lx，照度的均勻度不小于0.7。2017年5月24號從上午9：00到下午5：00對機械廠房的室內照度進行了測試，測試結果如圖1所示。從測試結果可以看到，全天有大約一半的時間滿足照度要求，主要是早晨和下午接近傍晚的時間廠房內的照度存在不足。在測試的過程中，廠房的天窗和立窗基本上是全部開啟的，但是立窗的面積在立面上占的比例較小，對室內的照度有一定的影響。

圖1

二、 實驗原理

通過光環境分析軟件對工業園的機械廠房按照實際尺寸和開窗形式進行模擬，將軟件分析出的數據與實地測量的數據進行比較，探尋影響因子與天然采光之間的關系。由于軟件模擬只是一種數字化的手段，而模擬所取得的數據必須經過專業的處理和分析才能真正體現其價值所在?？梢钥吹剑瑢δM的光環境進行分析是不可缺少的部分。

三、 軟件模擬項目光環境

下面將根據調研的廠房進行模型的創建，我選擇了重慶主城有代表性的工業園中的某機械廠房作為光環境分析的對象。該機械廠房為單層建筑，建筑的主體結構為大型框架結構，建筑面積為2.19萬平方米。其中該機械廠房東西長度為172.5米，南北長度為127.5米，廠房的層高為13米。

機械廠房的開窗主要是側面的側窗和頂部的天窗。其中廠房的側窗主要是南北方向開窗，窗戶離地高度為8.2米。頂部的天窗采用了平天窗的形式。在廠房的平面中可以看到該廠房共有9個出口。本次建立模型的主要目標是對機械廠房的光環境進行分析，而不是追求視覺效果，因此首先對機械廠房的模型進行適當的簡化，一方面可以在采光分析中讓條理更加清晰，另一方面可以減少相應的運算量，提高運行速度。機械廠房在Ecotect中所創建的模型如圖2所示。

圖2

根據Ecotect軟件采光模擬的結果可以看到，冬至日中午12點機械廠房的采光系數最小值為1.5%，最大值為21.8%。從軟件中可以看到，采光系數的顏色從藍色向黃色進行逐漸變化，其中藍色代表最低值，黃色代表最高值。根據相關的規范要求，該機械廠房的作業等級為Ⅲ級，采光系數的平均值應該為3%。由于重慶地區屬于第Ⅴ類光氣候區，其所在地區的采光系數需乘以系數1.2，所以采光系數的平均值應該為3.6%。從軟件模擬的結果可以看到，采光系數比較高的區域主要集中在側窗和天窗的下面。雖然機械廠房最高的采光系數達到了21.8%，但是絕大部分的采光系數在1.5%—3.5%之間，達不到規范要求的3.6%。從圖中可以看到，室內采光的分布并不十分均勻，在機械廠房中有天窗和側窗的部位下方光線過亮，采光系數在9.8%以上，而其余大部分地區的采光系數都在3.6%以下。

從照度分布來看，機械廠房室內的最低照度為68lx ，最高照度為1450lx。照度的色彩是從藍色向黃色逐漸變化，其中藍色代表了最低的照度值，黃色代表了最高的照度值。從軟件模擬的結果中可以看到，機械廠房大部分區域照度呈藍色，集中在68lx—236lx之間。但是側窗和天窗下的照度相對較高，一般在700lx以上。機械廠房的平均照度在350lx。

四、光環境優化設計策略

首先是對機械廠房的側窗進行優化分析，根據現場測量的尺寸。機械廠房每個立面各有一個連續的側窗。其中東西側窗長度為150米，高度為2米；南北側窗長度為90米，高度為2米。根據以上數據可以算出機械廠房的側窗總面積為960平方米，而機械廠房的總面積為22000平方米。按照（GB/T500332013）建筑采光設計標準的相關規定，機械廠房的采光等級為Ⅲ級，重慶地區為Ⅴ類光氣候區，窗地面積比應乘以相應的系數k=1.2，所以機械廠房的窗地面積比按照設計規范應該為0.12。而機械廠房實際的窗地比僅為0.043，該窗地面積比遠遠低于規范的要求。

根據建筑采光設計標準的推薦值，將原有的機械廠房的立窗設計方案規定為C1，在此基礎上增加兩種新的設計方案C2和C3。三種方案立窗的布置方式和所采用的材料相同，僅僅是改變了窗戶的尺寸，增加了窗戶的面積。

其中C2的面積滿足規范的要求，C1的面積低于規范的要求，C3的面積大于規范的要求。

從模擬中可以看出，隨著窗地面積比的增加，機械廠房室內采光系數平均值和平均照度也明顯地提高。當窗地面積比達到建筑采光設計標準的推薦值得時候，采光系數的平均值為15.77%，室內照度的平均值為1498.55lx；當窗地面積比繼續增加到1.6的時候，采光系數的平均值為16.76% ，室內照度的平均值為1591.86lx 。由此可以看到，通過增加側窗的面積能夠有效地增加廠房室內的采光量，提高機械廠房室內的照度均勻度。

為了獲得較高的采光和較低的熱輻射，在建筑設計的時候要考慮采用節能型玻璃。常用的節能玻璃主要有中空玻璃、低輻射玻璃（LowE）、熱反射鍍膜玻璃、吸熱玻璃等。通過研究發現，低輻射玻璃和中空玻璃的節能效果相對比較理想。

根據前面的模擬計算結果，選擇機械廠房的最佳布置方案C2，同時不改變廠房側窗的位置、形式、窗地比等條件。僅只改變側窗的光透射比，將其從原來的0.80提高到0.90，采用Ecotect軟件重新進行模擬。從分析結果中可以看到，機械廠房的采光系數的平均值從原來的15.77%提升到16.12 %，室內平均照度從1498.55lx提高到1531.35lx，采光系數和平均照度都有了較大的提高，通過這樣的模擬說明材料的光學性能的優劣對室內采光環境有較大的影響。

五、結語

通過初步探索主要是期望行業能夠共同努力來改善單層廠房的環境，為作業工人提供一個更加舒適的光環境。一方面是在工人比較密集的區域增加了側窗面積和光架，從一定程度上增加了開窗的面積，提高了整個廠房的窗地比。另一方面是窗戶的玻璃采用LowE玻璃，這種玻璃的透光率比較好，同時可以吸收太陽中的紅外線來降低太陽的熱輻射。基于以上兩個原因，使得機械工廠的廠房在采光品質上得到了一定的改善。

參考文獻：

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[2]張青文，楊春宇，鄭文崇，陳士群，梁樹英.回顧與展望—記重慶地區的天然光和日輻射觀測站[J].燈與照明， 2010， 12： 1221.

基金項目：重慶城市管理職業學院校級科研項目（項目編號：2016kyxm022）

作者簡介：鄭宏飛（1982），重慶人，碩士，重慶城市管理職業學院講師，研究方向：環境藝術設計。