霧霾對建筑光環境的影響研究

楊帆 張洋 安巍 王冬冬

摘?要：建筑的光環境對人的心理和生理都有顯著的影響，好的光環境能夠讓人感到舒適有精神，不理想的光環境則會引起一些負面的情緒，霧和霾是非常典型的極端天象，低能見度，并會給建筑光環境產生非常大的負面影響，本文主要從照度和色調兩個方面討論了霧霾對建筑光環境的影響。

關鍵詞：霧霾;建筑;光環境;照度;色調

一、霧、霾的消光特性

在相關研究當中，研究人員在能見度和大氣消光系數之間建立起了一個數學模型，用來表示能見度與大氣消光的關系，在這個數學模型當中重點的參數在于氣溶膠粒子數、化學組成以及環境影響因子等，其中最關鍵的是氣溶膠粒子數，這一參數可以直接觀測到，通常都使用該參數來分析計算消光系數，然后得到能見度。

霧和霾是兩種不一樣的天氣狀況，盡管都能導致能見度降低，兩者的主要區別在于大氣當中的水（液或固）含量不同，在QX/T48中將低能見度的天氣狀況劃分為輕霧、霾、霧。根據柯拉理論，當環境當中的濕度接近氣溶膠粒子的臨界過飽和度，那么氣溶膠粒子的吸濕性就會不斷增強，進而形成霧滴或是云滴，當氣溶膠粒子的臨界過飽和度與環境當中的濕度差值比較大，氣溶膠粒子的吸濕性減弱，但如果有空氣污染，也就是空氣中存在PM2.5、PM10等懸浮顆粒物，氣溶膠粒子就會以霾粒的形式存在。大氣當中的氣溶膠粒子以及氣體分子的共同作用會導致大氣對電磁波的衰減，在可見光波段當中，氣體分子尺度參數小，散射規律通常是瑞利散射，會吸收二氧化氮，但其在空氣中的體積分數很小，所以氣體成分產生的消光作用要小于氣溶膠粒子。

二、霧、霾對建筑光環境的影響

對于建筑而言，霧霾天氣的這種消光特性對建筑的光環境影響非常大。建筑的光環境主要有兩種，一種是人工設置的照明條件，另一種是自然采光。在建筑采光設計標準，要求是住宅建筑的臥室、起居室、廚房應當有直接采光，住宅建筑的臥室、起居室的采光應不低于采光等級Ⅳ級，側面采光的采光系數不應低于2%，室內天然光照度不應低于300lx（廚房），衛生間、過道、樓梯間等不能低于150lx。

若使用器測法，在霧霾天氣過程當中，測點的照度數值明顯要比晴空萬里且空氣質量好時的照度低很多，比如選取一個非霧霾日以及一個霧霾日來進行對比測試，在同一時刻照度差值與AQI（空氣質量指數），平均大約在50lx左右，而在霧霾天氣過程當中的比值相差大約140lx。在霧霾天氣下隨著空氣當中的霧霾顆粒增多，其對太陽光產生強烈的消光散射作用，測試點的照度就會明顯降低。而當地面空氣濕度大，氣溶膠粒子的吸濕性強，氣溶膠光學厚度增大，進而影響到照度。當陽光的照度增強，氣溫上升，相對濕度開始降低，影響氣溶膠粒子的吸濕性，進而使光學厚度降低，對照度的影響降低。這里邊要分清楚霧和霾，在早上或晚間相對濕度較大的時候形成的是霧，這里主要是大氣的消光特性在影響照度，而當白天尤其中午到下午這段時間，氣溫上升，濕度下降，霧消散，但是霾開始形成，此時，霾當中的顆粒物的消光散射作用影響照度。根據建筑采光設計標準，如果霧霾天氣下照度低于標準要求的采光標準值，就需要使用人工照明來提升室內照度，如果滿足采光標準值的要求則可以直接利用自然光。所以AQI將直接影響建筑室內的采光條件，AQI指數越高室內人工照明的時間越長，而人工照明時間越長顯然就會增大照明能耗。

在霧霾天氣前的非霧霾日，大氣當中存在大量氣溶膠粒子，而且粒徑相對集中，太陽光的單色光輻照度數值要比平常時間高，如果太陽光的波長與氣溶膠粒子的粒徑數值接近，相應的吸收、折射以及散射的作用就越強，而在非霧霾日的單色光輻照度數值高的光波長都比較長，在傳播當中損失比較小，所以輻照度數值比較大，而進入霧霾過程時，大氣當中的氣溶膠粒子書濃度增加，而且出現大量的大顆粒粒子，比如PM10，這些大顆粒度長波段的光影響非常大，通常會影響黃色光（570nm波長）和橙色光（610nm波長）的兩種單色光的輻照度明顯降低。如果在霧霾天氣下在建筑中布置測點，介意明顯的看到在570nm、610nm、660nm的波段中，AQI指數越大，影響越大，其余的單色光波段影響比較小。在太陽光當中長波段的單色光減弱會影響到黃紅等單色光的表達減弱，使接收到光照的事物肉眼可見地發青，也就是呈現出冷色調，人長期處在這種光環境下容易感到陰郁。光環境對人的精神狀態以及心理感受有著非常大的影響，建筑的光環境是由光的照度水平、分布、色調、色飽和度、顏色分布、顏色顯現在室內空間建立的同室內空間形狀相關的生理和心理環境，人以聽覺、視覺、嗅覺等來認識世界，其所獲得的信息當中80%來自視覺，而視覺要產生作用就必須要有光。在建筑設計當中建筑光學是一門學問，必須要創造舒適的光環境，提高視覺效能。

三、結語

綜上所述，霧霾對建筑光環境有著非常大的影響，霧和霾都是低能見度天氣，可顯著降低建筑的采光效果，一方面會導致建筑的室內照度不夠，達不到國標要求的采光標準值，那么就必須要實施人工照明，這在一定程度上會提升建筑照明的能耗，另一方面，霧霾天氣下會導致建筑的光環境偏冷色調，人長期處在這種色調中會對心理和生理都產生負面影響。此外，在霧霾天氣下盡量不要出門，尤其是有太陽的情況下，可能增強霧霾有毒物質的危害性。

參考文獻：

[1]劉楊，康健.霧霾天氣下城市建筑色彩屬性的視覺舒適度分析[J].哈爾濱工業大學學報，2018，50（4）：167-173.

[2]葉志平，孟麗紅，劉金星，等.霧霾的地理成因分析及其對策思考[J].城市地理，2015，（18）：237-238.

基金項目：黑龍江省氣象局科研項目（HQJJ2019009）

作者簡介：楊帆（1987-），女，漢族，山東招遠人，碩士研究生，工程師，研究方向：氣象應用。