|
【 第一幕墻網 】
【摘要】 通過研究雙向建筑中庭的形狀、高度、面積及中庭的天窗面積、玻璃材料與中庭天然采光之間的關系，為建筑師設計中庭提供理論依據。 引言 中庭由于具有玻璃幕或玻璃頂棚，采取措施，便能夠有效地利用天然光，減少中庭照明的電能消耗，并且可以減少照明散發(fā)的熱量，降低夏季空調的制冷能耗，達到節(jié)能的目的。充分利用天然采光技術，增加中庭內和中庭旁邊使用房間的照度，有利于節(jié)約照明能耗，保護生態(tài)環(huán)境，減少污染。 中庭的天然采光受到建筑本身構造、剖面、采光材料及內部布置，中庭的類型，中庭的采光面積，城市規(guī)劃，季節(jié)變化，時間變化，天空狀況的共同影響，這些都直接與中庭的建筑設計有關系。 1. 研究條件的假定 為了研究中庭的天然采光效果與建筑設計的關系，本文選擇了一系列的中庭進行計算分析，見表1。  中庭的形狀選擇常用的矩形、正方形、正六邊形和圓形。 中庭的高度分別選擇: 12m，20m，28m，36m，44m。 中庭的頂棚玻璃面積分別選擇: 40%，60%，80%， 100%，假定天窗都在中庭的中間。 計算方法和計算點的確定，參見GB/T 50033—2001《建筑采光設計標準》。中庭的天窗假定為平天窗，天氣為陰天( 即與朝向無關) ，其他的一些參數分別選擇為: 頂棚反射系數ρp為0.75; 玻璃反射系數ρc見表2; 墻面反射系數ρq為0.70; 洞口反射系數ρ 為0.1; 地面反射系數ρd為0.66，計算面高度為0. 9m。 2. 中庭高度對天然采光的影響分析 圖1，2，3為透明玻璃雙向方形中庭天然采光系數隨高度變化的情況，隨著中庭高度的增加，天然采光系數值呈現不同的增長趨勢。當頂棚采光面積為100%和80%時，隨著中庭高度的增加，采光系數逐漸減少，減少速度減緩; 當頂棚采光面積為60%和40%時，隨著中庭高度的增加，采光系數逐漸增加，增加速度減緩( 圖1) ; 這是因為，當頂棚采光面積較小時，側面的采光占了中庭的主要部分，而側面采光是隨著中庭高度的增加而逐漸增大( 表3) 。中庭的面積增大時，隨著中庭高度的增加，中庭的采光系數逐漸下降，下降的速度也逐漸減緩( 圖2) ; 圖3 為透明玻璃天窗4種形狀中的變化，隨著中庭高度的增加，采光系數逐漸減小，但減小的趨勢減緩，下降的趨勢是矩形＜ 方形＜ 圓形＜ 正六邊形。   圖1 不同頂棚采光面積中庭天然采光系數隨中庭高度的變化( 透明玻璃，400m2 ) 隨著中庭高度的增大，中庭的頂部采光系數逐漸減小，側面玻璃幕墻的采光系數卻逐漸增加。因此，當頂棚采光面積為60%和40%時，不同的中庭形狀呈現不同的增長特點; 方形和矩形隨著中庭高度的增大，采光系數也增大，但圓形和正六邊形卻隨著中庭高度的增大，采光系數減小(表3) 。這主要是圓形和正六邊形頂棚的采光效率高于方形和矩形，在雙向中庭中占了總采光系數的主導地位。 12m高時， 40%和60%的頂棚采光面積很小，這主要是天然光線難以到達計算點的區(qū)域。  3. 中庭面積對天然采光的影響分析 無論什么形狀，雙向中庭的側面采光系數都隨著中庭面積的增大而減小，中庭高度越高，減小的速度越緩慢( 表4) 。如圖4 所示，隨著中庭面積的增大，中庭的天然采光系數逐漸增加，增加的趨勢越來越緩慢，中庭高度高的比中庭高度低的增加速度要慢，即增長速度是12 m ＞ 20 m ＞ 28 m ＞ 36 m ＞ 44m; 但不同形狀的中庭增長趨勢，卻是圓形＞ 正六邊形＞ 方形，而矩形卻隨著面積的增大，采光系數減小( 圖5) 。這是由于，矩形的側面采光系數占了中庭總采光系數的主要部分。 對于玻璃材料，是玻璃透射系數大的比透射系數小的增長得快。在雙向中庭中，不同的頂棚采光面積，側面的采光系數變化是一致的，所以，雙向中庭仍然遵循頂棚采光面積越大，采光系數越大的趨勢。  4. 頂棚采光面積對天然采光的影響分析 雙向中庭頂棚采光面積的增大，中庭的天然采光系數增大。中庭面積大的，隨著中庭頂棚采光面積的增大，中庭天然采光系數的增大趨勢略大于中庭面積小的( 圖6) 。 隨著中庭頂棚采光面積的增大，4 種形狀中庭的天然采光系數增大的趨勢是: 在40% ～ 60% 段，正六邊形＞ 圓形＞ 矩形＞ 方形; 60% ～ 100% 段，方形＞ 正六邊形＞ 圓形＞ 矩形( 圖7) 。   隨著中庭的高度增大，中庭頂棚采光的面積增大時，中庭的天然采光系數增大的趨勢反而減緩( 圖8) 。并且，當中庭采光面積較小( 40%和60%)時，高的中庭采光效果好; 當中庭采光面積較大( 80%和100%) 時，低的中庭采光效果好。 5. 中庭形狀對天然采光效率的影響分析 在相同的玻璃材料、相同的中庭高度、相同的中庭和采光面積的條件下的采光系數，圖3 顯示，當中庭高度≤20 m 時，方形＞ 圓形＞ 矩形＞ 正六邊形;當中庭高度＞ 20 m 時，方形＞ 矩形＞ 圓形＞ 正六邊形。圖5 顯示，當中庭面積＜ 600 m2 時，方形＞ 矩形＞ 圓形＞ 正六邊形; 當中庭面積≥600 m2 時，方形＞ 圓形＞ 矩形＞ 正六邊形。圖7 表明，方形＞ 矩形＞ 圓形＞ 正六邊形。即方形采光效率高，而正六邊形的采光效率低。從表3 中還可看出，側面采光是方形＞ 矩形＞ 圓形＞ 正六邊形。另外，從表3中還得到，當中庭高度≥28m 時，采光系數是方形＞矩形＞ 圓形＞ 正六邊形; 當中庭高度為20m、采光面積為40%時，采光系數是方形＞ 矩形＞ 圓形＞ 正六邊形，采光面積為60%～100%時，采光系數是方形＞ 圓形＞ 矩形＞ 正六邊形; 當中庭高度為12m、采光面積為40%和60%時，采光系數是方形＞ 矩形＞ 圓形＞ 正六邊形，當采光面積為80%時，采光系數是方形＞ 圓形＞ 矩形＞ 正六邊形; 當采光系數為100%時，則為圓形＞方形＞正六邊形＞矩形。由此可知，當中庭高度≥28m 時，側面采光占據主導地位，所以呈現側面采光的規(guī)律，即方形＞ 矩形＞ 圓形＞ 正六邊形，當中庭高度＜28m時，由于頂棚和側面采光占據的地位不能穩(wěn)定，所以呈現出不同的規(guī)律。 總之，不同平面形狀的雙向中庭天然采光最佳的為方形，最差的為正六邊形(12m高，100%頂棚采光面積除外) ; 圓形和矩形之間沒有一種有序的規(guī)律可循，具體設計時，應加以計算分析。 6. 玻璃材料對中庭天然采光效率的影響分析 |
