基于靜態模擬分析的住宅餐廳采光優化設計

■ 蘆 偉 LU Wei 岳 陽 YUE Yang

0 引言

綠色建筑是未來行業發展的主要趨勢，可節約資源、保護環境、減少污染，并為人們提供健康、適用、高效的使用空間，最大限度地實現人與自然和諧共生。對建筑光環境進行優化，正是順應這一發展趨勢。建筑中的自然光源能夠創造舒適良好的環境，且在相同照度水平的情況下，由天然光構成的光環境比人工光源更有利于人體健康[1]。同時，自然光是清潔、無污染的可再生能源，提高天然采光效率能夠進一步減少人工照明，從而達到減少建筑能源消耗的目的[2]。餐廳是人們日常生活中的重要場所，一個擁有采光良好的餐廳能夠讓居家生活更加舒適。本文嘗試提出較為合理的餐廳、客廳、廚房設計方式和空間組合模式，以改善餐廳的采光環境。

1 餐廳采光現狀及要求

1.1 存在的問題

居住建筑室內自然采光質量與建筑單體自身的戶型及建筑有效采光口周邊的遮擋物有著密切關系[3]。目前，我國住宅形式主要有塔式、碟式和板式等，而餐廳的自然采光問題在塔式住宅中顯得尤為突出。部分戶型布局中，為了保證客廳和臥室有良好朝向，餐廳往往設于住宅內部，采光困難，需要人工照明輔助。如何提高此類住宅餐廳中的天然采光效果，營造出更適宜的住宅生活環境？這將是我們需要探討的問題。

1.2 天然光采光標準及優化原則

根據《建筑采光設計標準》（GB 50033—2013）[4]（以下簡稱《標準》）要求，住宅餐廳的采光等級需達到Ⅴ級，采光系數標準值需達到1.0%，天然光照度標準值需達到150 lx（表1）。

表1 住宅建筑采光標準值

本文在滿足采光規范要求的基礎上，結合實際案例，以加強餐廳區域采光效果為目的，以低成本的軟件模擬為手段進行采光優化，實現住宅空間的生活舒適、健康高效，同時實現建筑節能。

2 案例現狀分析

2.1 案例一：餐廳較封閉，與其他區域連接面小

太白公園新居工程位于四川省綿陽市江油市內，為塔式住宅樓。其中，7#樓B 戶型布置于住宅樓西側（圖1 中黃色陰影區域），戶型面積約為62 m2，面積較小，且餐廳位于入戶口處，天然采光較弱。

圖1 太白公園新居工程7#樓平面圖

將Sketchup 模型導入Ecotect 進行天然采光模擬分析。此次分析以冬至日全陰天條件進行模擬，得到該戶型餐廳的平均采光系數為3.02%、平均采光照度為271.71 lx（數據基于距地面高度為750 mm）。由于餐廳位于房間較深位置處，且周圍只能依靠客廳采光，因此采光效果相對一般。

2.2 案例二：餐廳位于房間內部空間角落，采光面少

在四川省綿陽市江油市內的世紀·太遠城三期（B 區）項目3#樓一、二單元中，南側D1 戶型（圖2中黃色陰影區域）面積約為95 m2。該戶型餐廳處于房間內部角落，不可直接采光，只能通過服務陽臺處的玻璃門和廚房進行間接采光。

圖2 世紀·太遠城三期（B 區）3#樓一、二單元平面圖

在冬至日全陰天條件下，將Sketchup 模型導入Ecotect 進行天然采光模擬分析，得到該戶型餐廳的平均采光系數為1.62%、平均采光照度為141.07 lx，未滿足《標準》Ⅴ級采光的最低限值。

2.3 案例三：餐廳位于大進深處，離采光面較遠

在四川省雅安市廬山縣樂家壩安置點安居工程項目中，位于4#樓東北側的B2 戶型（圖3 中黃色陰影區域）面積約為69 m2。其中，客廳開間4.2 m、進深5 m，餐廳開間3.3 m、進深2.6 m，餐廳與客廳呈L型一體化形式。該戶型的餐廳采光基本依靠客廳間接采光滿足。

圖3 雅安市廬山縣樂家壩安置點安居工程4#樓平面圖

在冬至日全陰天條件下，將Sketchup 模型導入Ecotect 進行天然采光模擬分析，得到該戶型餐廳的平均采光系數為3.37%、平均采光照度為293.19 lx。由于該餐廳位于房間5 m 進深處，離采光面較遠，因而獲得的天然采光相對較少。

3 餐廳采光優化方法

根據各地天然光年平均總照度，我國光氣候分區可分為：Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類。其中，綿陽地區天然光年平均總照度低于30 000 lx，屬于Ⅴ類光氣候區。想要在這種光氣候區中提高餐廳采光，需要綜合考慮住宅空間組合方式、間接采光、窗洞口尺寸等因素。通常可采用以下3 種方法來改善餐廳采光效果：①改變空間組合形式；②減少隔斷或增強隔斷光線穿透率；③增大客廳窗洞口尺寸。

3.1 改變原有空間組合方式

建筑的功能空間布局是影響建筑室內自然采光利用的關鍵與前提[5]。在案例一中，太白公園新居工程項目7#樓B 戶型主要依靠西側采光，在布置完客廳及臥室后，已沒有條件使餐廳也擁有直接天然采光，只能考慮間接采光。可考慮將其餐廳與衛生間的位置互換（圖4），組成餐客一體的空間形式，以充分利用客廳采光，實現采光優化。

圖4 太白公園新居工程B 戶型餐廳采光優化

通過改變房間的空間組合形式，再將優化后的Sketchup 模型導入Ecotect 中進行天然采光分析。在冬至日全陰天條件下，得到餐廳優化后的平均采光系數為3.62%、平均采光照度為326.16 lx。改變空間組合方式后，房間看起來更加寬敞，采光利用率也更高，采光效果有了較大提升，且餐廳與客廳近鄰，服務距離更短。餐廳的各個位置均滿足《標準》要求。

3.2 減少餐廳與廚房之間的隔斷，或提高光線穿透率

在世紀·太遠城項目中，案例戶型餐廳、廚房和客廳的空間位置基本確定，在滿足廚房和客廳必須有天然采光的要求下，無法做出有效的空間組合改變，需采取其他辦法進行采光的優化設計。對于這種空間組合形式基本固定的戶型，可以將餐廳與廚房之間隔墻改為透光型隔斷材料，或者直接拆除隔墻更改為開放式廚房，充分利用廚房進行間接采光（圖5）。

圖5 利用廚房間接采光來優化餐廳采光

這種開放式廚房能夠有效提升餐廳的采光系數和采光照度。本方案選擇如圖5a 所示方案，即：拆除隔墻，將原廚房更改為開放式廚房，充分利用廚房窗戶來增強餐廳的采光。將優化后的Sketchup 模型導入進Ecotect 中進行天然采光分析，在冬至日全陰天條件下，得到的餐廳平均采光系數為3.53%，平均采光照度為317.86 lx，滿足《標準》要求。相比原戶型，優化后的餐廳采光效果得到較大改善，人工照明的情況減少，在一定程度上降低了建筑能耗。

3.3 增大客廳窗洞口尺寸，提升大進深處的采光效果

在空間場景中，光線對空間知覺的影響十分重要。我們可以利用光源作為空間感知的調節器來研究其空間特性，以深入理解空間、開口和光線之間的相互關系[6]。在雅安縣安居工程項目中，案例戶型的廚房、客廳和餐廳空間組合形式基本固定，無法在滿足采光規范要求的同時進行空間重組，不適宜采用改變空間組合方式的方法；且由于廚房從側面采光，采光面與餐廳之間有不可拆除的隔墻遮擋，使用開放式廚房的做法也收效甚微。但是該戶型餐廳和客廳處于一個空間之內，且無其他隔斷遮擋，因此可以考慮增大客廳窗洞口尺寸，通過增強客廳的天然采光來改善餐廳的采光效果（圖6）；另外，考慮到凸窗雖然對改善建筑立面效果有很大作用，但也相當于增大了房間進深，并不利于室內采光，故將凸窗改為傳統的普通窗形式。

圖6 雅安安置點安居工程餐廳采光優化方法

本案例中，將原客廳窗洞口尺寸2 200 mm×2 000 mm（寬×高）更改為2 200 mm×2 200 mm，再將更改后的Sketchup 模型導入Ecotect中進行天然采光分析。在冬至日全陰天條件下，優化后的戶型平均采光系數達到3.70%，平均采光照度達到332.97 lx，在不改變室內空間組合形式及室內隔斷的情況下，同樣增強了餐廳采光效果。

可以看出，對上述住宅案例戶型進行優化后，餐廳的平均采光系數和平均采光照度都有了明顯的變化，整個餐廳的采光都有明顯的改善（圖7、8）。

圖7 平均采光系數優化結果對比

4 不同采光面下餐廳直接采光與間接采光的利用

綠色住宅建筑設計能夠有效改善人們的生活環境質量，滿足健康持續的宜居要求，是當前綠色生態住宅設計的重要目標[7]。餐廳若想要獲得更好的采光效果，需要將直接采光與間接采光結合考慮，充分利用現有條件，實現方案優化。

（1）當住宅南北兩側有天然采光時，功能空間的布置需要充分利用南北兩面的直接采光，在滿足起居室、廚房、臥室采光要求的基礎上，盡可能使餐廳也擁有天然采光（圖9）。此空間布置模式是日常生活中比較常見的布置方式，也是采光較為均衡的一種方式。這種布置方式的優點是廚房、餐廳、客廳都有各自的直接天然采光，照度更好，室內更加明亮；但由于目前的大型高層、超高層住宅小區多為塔式住宅，能夠滿足南北兩側有天然采光的住宅相對較少，故適用范圍較小。

圖8 平均采光照度優化結果對比

圖9 南北兩側采光示例圖

（2）當住宅為三面采光且臥室空間較多時，在滿足臥室、廚房、客廳等空間采光規范要求后，餐廳往往處于靠中間區域，這就需要充分利用其它區域的間接采光來補充提升餐廳的采光效果。可以將餐廳布置在靠近廚房位置，且廚房與餐廳之間的隔墻使用透光型隔斷材料或者直接采用開放式廚房，使廚房采光利用最大化（圖10）。這種布置方式與前文的案例三相似，其優點是：采用透光隔斷材料時，可借助廚房的間接采光，簡單方便、工程量小，室內也更加明亮；采用開放式廚房時，室內更顯寬敞，窗戶的布置位置和形式也更加靈活，室內空間布置形式更加多樣化。缺點是：當使用透光較好的隔斷材料時，會使室內光線混亂，且觀感不好；而采用開放式廚房布置時，功能空間無明確分區界限，且其他空間區域可能會出現油煙污染。

圖10 三面采光示例圖

（3）當住宅為單面采光時，因采光面單一，難以滿足采光要求。這種情況大多出現在面積較小的公寓中。要想提高餐廳采光效果，就需要減少唯一采光面與餐廳之間的遮擋（圖11）。在平面布局時，客廳與餐廳在同一方向上縱向排布，使天然采光更容易進入餐廳，提升空間的采光效果。這種布置方式使空間更加寬敞明亮，減少室內采光死角；但只適用于面積較小、進深較小的住宅空間，使用限制較大。

圖11 單面采光示例圖

5 總結與展望

隨著綠色建筑的大力發展及人均生活水平的不斷提高，人們對住宅建筑的居住舒適度、能耗節約等方面提出了更高要求。建筑光環境優化就是為了讓建筑在滿足規范要求的前提下，使建筑采光達到最優效果，在進一步提升人居環境舒適度的同時，減少能源消耗。本文通過對實際案例的模擬分析，總結住宅餐廳采光優化的基本方法，以期在今后住宅空間布局設計中能夠起到一定的借鑒作用。

未來的建筑將不再是以單獨的個體存在，而是與現代技術、綠色生態、城市規劃等方面產生越來越多的交叉融合，統籌了建筑聲、光、熱、空間布局、結構、能耗、環境等一系列因素的生活載體。理解綠色建筑的深刻意義，推動其健康發展，才能使我國走出具有中國特色的城市發展之路。