不同室外自然采光下室內(nèi)采光系數(shù)核算方法研究

馬 艦，汪磊磊，陳 丹（.天津市房屋質(zhì)量安全鑒定檢測中心有限公司， 天津 00060；.天津住宅建設發(fā)展集團有限公司， 天津 00060；.天津建科建筑節(jié)能環(huán)境檢測有限公司， 天津 00060）

自然采光是人們在建筑中利用太陽光來解決照明問題的一種方法。相比人工照明方式，充足的自然采光不僅有利于照明節(jié)能，而且有利于增加室內(nèi)外的自然信息交流，改善空間衛(wèi)生環(huán)境，調(diào)節(jié)空間使用者的心情，有利于使用者的生理和心理健康。綠色建筑評價標準中對主要功能空間提出自然采光評價要求。在項目實際檢測中，受諸多因素影響，檢測現(xiàn)場很難滿足標準天空條件，限制了實際檢測工作的開展。但是在非標準工況下，因室外照度的影響，室內(nèi)照度檢測數(shù)據(jù)會出現(xiàn)一定程度的偏離，從而影響對建筑實際采光性能的判斷，進而影響室內(nèi)光環(huán)境質(zhì)量的評價結(jié)果。

1 項目概述

本項目選取天津市河西區(qū)的 1 棟 3 F 辦公樓為研究對象。建筑北側(cè)無遮擋，場地空曠，建筑高度約為 10.5 m。選取建筑北側(cè) 3 個不同的房間進行室內(nèi)照度檢測。房間為空房，無家具、無設備，房間采光方式為單側(cè)采光，房間、窗戶的參數(shù)如表 1 所示。

表1 房間參數(shù)表

2 檢測方法

自然采光儀器選用 AS 823，精度為 0.1 lx。根據(jù) GB/T 5699—2017《采光測量方法》的規(guī)定，考慮到房間為矩形形狀，本報告選用等距離布點法，測點間距為 1.0 m，靠內(nèi)墻間距 1.0 m 取測點。室內(nèi)測點照度測量時，照度儀距離地面高度為 0.8 m。室外照度與室內(nèi)照度需同時測量，室內(nèi)照度的測量需排除人工照明的影響以及避免直射光，室外照度應選擇無室外遮擋物，接收器應置于與周圍建筑物或其他遮擋物的距離大于遮擋物的 6 倍處，盡量選在太陽照射區(qū)與陰影區(qū)的交界處附近。

3 模擬計算

3.1 模擬方法分析

數(shù)學模型的建立更能反映采光系數(shù)的計算過程。參考GB 50033—2013《建筑采光設計標準》的規(guī)定，在室內(nèi)參考平面上的一點，由直接或間接地接收來自假定和已知天空亮度分布的天空漫射光而產(chǎn)生的照度與同一時刻該處天空半球在室外無遮擋水平面上產(chǎn)生的天空漫射光照度之比，即為室內(nèi)采光系數(shù)用Ci表示，按式（1）計算。

式中：Ei—室內(nèi)照度，lx；

E0—與該點同時測得的室外漫射光照度，lx。

3.2 模擬計算的可靠性驗證

根據(jù)室外氣象條件，分別對房間 1、2、3 的室內(nèi)照度進行了檢測，同時在相同室外照度下，對房間內(nèi)照度進行了模擬分析。通過對檢測結(jié)果、模擬結(jié)果的對比分析，并按照式（2）、式（3）計算其相對偏差、平均相對偏差，從而判斷模擬結(jié)果的準確性。結(jié)果如表 2 所示。

表2 檢測、模擬結(jié)果對比分析表

式中：ε—相對偏差，%；

Es—模擬照度值，lx ；

Et—檢測照度值，lx。

式中：ε—平均相對偏差，%；

n— 測點數(shù)量；

εi—相對偏差，%。

房間 1～3 室內(nèi)照度的模擬值與檢測值的最大相對偏差、平均相對偏差均 ＜ 5%，證明綠建斯維爾采光模擬軟件可靠性高。同時也驗證了照度檢測過程中，檢測人員檢測方法基本正確，人員衣著等外界干擾小，檢測結(jié)果可信度高。

4 檢測結(jié)果修正

基于模擬軟件可靠性驗證的基礎上，以 CIE （國際標準照明委員會）標準全陰天作為天氣模型，對房間1、2、3 進行多工況（10 000～20 000 lx）室內(nèi)采光照度檢測分析。參照 CSUS/GBC 05—2014《綠色建筑檢測技術標準》的規(guī)定，檢測條件如下。① 為保證檢測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，檢測時間選擇在一天的 10:00～14:00。② 為避免檢測人員對檢測結(jié)果的影響，檢測人員統(tǒng)一著深色服裝進行檢測。列表統(tǒng)計10 000～20 000 lx 工況下，室內(nèi)采光照度檢測結(jié)果。

以室外照度為 15 000 lx 標準工況，分別對不同室外照度工況下不同房間位置的照度檢測結(jié)果進行修正。根據(jù)不同工況下的照度修正數(shù)據(jù)可知，同一水平線上，距離外窗越近，測點的照度修正系數(shù)呈線性變化；距離外窗相同時，即進深相同時，測點的照度修正系數(shù)基本一致。

對同一進深（與外窗的距離相同）不同檢測點的照度修正值取平均值。經(jīng)計算可知，距離外窗越近，照度修正值受室外照度的影響越明顯。同時，靠近外窗的最外側(cè)測點，因受室外照度的影響較明顯，修正系數(shù)等于室外標準工況 15 000 lx 與檢測工況的實際照度值的比值。

根據(jù)房間 1、房間 3 的修正系數(shù)計算結(jié)果可知，同一測點、同一進深的修正系數(shù)平均值基本與房間 2 保持一致。雖然不同的窗墻面積比、窗戶類型會對室內(nèi)采光有一定程度的影響，但對于同一個房間而言，若按照標況（室外照度 15 000 lx）進行修正，各因素的影響基本可以抵消。換言之，室內(nèi)照度修正值不會隨建筑本身條件的變化而變化。

5 結(jié) 語

為優(yōu)化照度檢測方法，方便檢測工作的開展，將不同室外照度下測出的照度數(shù)據(jù)按照標準工況進行修正，使結(jié)果更具可比性。在室外照度為 10 000～20 000 lx 的變化范圍內(nèi)，對不同窗墻比、不同窗戶類型的房間進行室內(nèi)照度檢測。分析發(fā)現(xiàn)，雖然窗墻比、窗戶類型等對室內(nèi)照度檢測值影響較大，但是對修正系數(shù)影響甚微。因此，本文研究數(shù)據(jù)具有一定的推廣應用價值。

通過上述研究可知，室內(nèi)照度檢測可突破 GB/T 5699—2017《采光測量方法》中 CIE 標準全陰天的限制，在室外任一工況下檢測室內(nèi)照度，再按照此修正方法，折算到標準工況即可。