宋海宏，鄒金龍，張 欣

(東北林業大學 園林學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 前 言

采光意味著建筑物中自然光的受控使用，以實現理想的視覺、熱舒適和心理舒適。許多研究人員[1-2]概述了室內自然采光的目的，如可以提高任務績效、社會互動和能源效率等。20世紀70年代，全球石油危機促使研究人員研究減少能源需求的不同方法，因為據估計，僅人工照明就占建筑行業能源消耗的20%～40%[3]。因此，研究界試圖將自然采光概念納入建筑實踐，建筑性能模擬受到了廣泛關注。Ladybug和Honeybee插件是開源的、易于使用的建筑性能模擬插件，支持視覺性能、能耗和熱舒適的模擬。

隨著對美好生活需要的日益增長，全面多元發展越來越成為現代人所追求的目標，人們對體育運動的關注與訴求不斷提高。作為體育運動重要載體的體育館如何更好地服務居民這一課題受到眾多學者關注。因此，本文采用Ladybug和Honeybee插件對不同自然采光形式的體育館性能進行定量仿真模擬計算和分析。

1 參數化仿真性能模擬計算

1.1 研究案例

體育館可分為側面采光和頂界面采光兩種形式，本文主要對頂界面自然采光的體育館進行研究，根據頂界面自然采光構建形式的不同，可以分為四類：單向、雙向、中心垂直以及放射狀垂直采光[4](見圖1)。

(a)單向垂直采光

1.2 性能模擬目標

1)全自然采光百分比(Daylight Autonomy，DA)：DA是基于光氣候數據的動態自然采光評價指標，其定義為一年時間內，仿真模擬測試點自然采光滿足最小照度值300 lux的時間與設定的工作日總時間的比值，單位為%[5]。

2)有效自然采光百分比(Useful Daylight Illuminance，UDI100-2 000lux)：UDI100-2000lux是基于測試點照度演化而來的動態自然采光評價指標，其定義為一年時間內，仿真模擬測試點自然采光滿足100 lux～2000 lux的時間與設定的工作日時間的比值，單位為%[6]。

3)年均能耗密度(Energy Use Intensity，EUI)：EUI指標定義為建筑單位面積上的全年能耗，單位為kWh/m2[7]。在本研究中，EUI綜合考慮了年均照明、年均制冷、年均制熱以及年均設備能耗四個指標。

4)預測平均評價(Predicted Mean Vote，PMV)：PMV是以人體熱平衡基本方程式和生理學主觀熱感覺為出發點并綜合考慮了人體熱舒適感等諸多相關因素的全面評價指標[8]。

1.3 性能模擬流程

本文研究案例位于我國夏熱冬暖的廣州地區，體育館比賽大廳室內光環境模擬參數來源于《建筑采光設計標準》(GB 50033—2013)(模擬流程見圖2)，能耗、熱舒適度模擬參數來源于《公共建筑節能設計標準實施指南》(GB 50189—2015)、《民用建筑綠色性能計算標準》(JGJ/T 499—2018)(見圖3～4)。

圖2 DA、UDI100-2000lux性能模擬流程

圖3 EUI性能模擬流程

圖4 PMV性能模擬流程

2 仿真模擬分析

模擬結果見表1。

表1 性能模擬結果

由表2可知，單向與雙向垂直采光構建形式相較于其他兩種采光形式而言，DA值更大，中心與放射狀垂直采光構建形式相較于其他兩種采光形式而UDI100-2000lux更大，EUI和PMV值更小，說明較大的窗戶采光可以提高體育館室內照度，與此同時，窗戶面積的增大將導致更多的日照輻射、增加窗戶與外界的能量傳遞，從而影響室內熱環境和能源消耗。

3 結 語

在建筑設計的早期階段，設計者應該考慮許多設計的可能性，并且必須在整個過程中做出大多數的決定。選擇合適的自然采光形式是早期設計階段決策的一部分，以后很難更改。

因此，在建筑設計的早期階段，選擇合適的自然采光形式，在能耗、室內熱環境和視覺性能之間找到平衡是非常重要的?；赗hino + Grasshopper參數化設計平臺可用于建筑設計過程的任何階段，以提高建筑性能的優化目標而無需在建模軟件和性能模擬軟件之間進行轉換。

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