房屋建筑采光节能设计

房屋建筑采光节能设计（精选7篇）

房屋建筑采光节能设计 第1篇

建筑节能设计中, 太阳辐射能的利用是一把双刃剑, 既有益处, 但也存在着在分区标准和设计要求两方面的矛盾。

1.1 分区标准上的矛盾

光气候条件下建筑设计以“中国光气候分区图”为参照可划分为5个光气候分区;在热工方面以“全国建筑热工设计分区图”为标准划分为5个区;城市居住区规划设计则按“中国建筑气候区划图”将城市气候划分为2级区划系统作为日照间距控制的标准。

光气候分区是以照度为指标的, 而热工分区与建筑气候分区则主要以温度为指标。后两者的区划范围基本一致, 但与光气候分区却差异较多, 同一地区可能分属不同区划范围, 具有不同设计要求。因此须综合考虑“光气候分区”和“建筑热工分区”及“建筑气候区划”要求, 制定完善的光气候分区标准和物理环境参数。

1.2 节能设计要求的矛盾

设计中建筑将天然光有效引入室内, 在满足视觉功能要求下, 又要节约照明用电, 这一设计要求就必然要求建筑布局时加大间距, 减少对天然光的遮挡, 并合理增加采光口的数量和大小。热工节能设计的要点是冬季将阳光引入建筑, 提高室内温度;同时夏季需有效防止热辐射, 减少空调制冷能耗, 这就需要适当控制建筑门窗洞口大小, 减少建筑体型变化。

综上论述, 在设计中采光节能和热工节能对建筑的不同要求势必会产生矛盾。因此, 建筑节能设计应全面分析不同环境中的影响因素, 找出最佳平衡点。

下面我们主要从被动设计和主动采光设计两个方面对建筑采光节能设计进行探讨。

2 被动式采光设计

被动式采光设计是一项充分考虑建筑所处地域周边环境, 四季光照以及功能性要求的基础上, 通过对建筑固件, 如直立窗、天窗、玻璃材质隔断、光反射板、百叶窗以及室内表面的一次性设计, 其最大限度的利用建筑在各个时段可能获得的自然光进行照明。

从设计上讲, 比如在窗户的选用方面, 大部分的现代建筑都在使用一种中空玻璃, 即在2片玻璃之间有一个空气层, 这样的设计很好的解决了建筑内外温度和声音隔离的问题。而我们也可以利用这个设计来加强建筑的透光量。如在一些窗户夹层中, 装有百叶、棱镜或者光传输纤维, 这些部件可以控制日光在屋中扩散的范围和亮度。而在材质上, 具有光谱选择性的建筑玻璃可以筛选太阳光的广谱, 过滤掉会发热的红外线以及晒伤皮肤的紫外线, 引入可见光;而在比较寒冷的气候条件下, 使用低辐射涂层的窗户可以将热量反射回建筑内部保持室内温度。建筑内部的天花板和墙壁都可以成为建筑照明系统本身的一部分, 因为其表面可以起到漫反射的作用帮助日光渗透到建筑中更深的内部空间。因此, 为了提高建筑物的内部整体亮度。天花板应有较高的反射率, 墙壁表面也应该是浅色。而同样的, 避免深色的家具也可以使室内的亮度均匀性更舒适, 建筑物外部周边的浅色地面可以提高向上反射到窗户和室内天花板的光量, 并且还会调整光线的颜色。

3 主动式采光设计

主动式采光设计是近几年才在世界范围内普及, 并多用于高级大型建筑的设计当中的一种采光设计方式, 因为这些建筑通常对照明的强度和质量需求都较高, 主动式采光设计帮助保证这些建筑的充足采光并对引入其中的光线进行强度和角度的智能调整, 以达到理想的美学效果。主动式采光设计中, 发明最早、运用最广泛的是能够跟踪太阳角度进行反射的定日镜。定日镜的表面成碟形, 装有一个连通着脉冲电动机光传感器, 其工作原理是光敏传感器将其感受到的日光变化传给电动机, 变为电信号后传给主控电脑, 电脑中的程序分析这些信号后, 根据其所提供的信息调整主反射镜, 跟踪太阳的变化角度, 最大限度的在白天捕捉和利用太阳光, 保证建筑物内部的照明需求。而当光线被捕捉到会使用具有高反射性能的光管将光线分配到建筑物需要的地方。建筑中的各种光学构件, 例如玻璃幕墙、百叶窗、遮阳板、天窗等, 在不同的季节也可以通过手动或由电脑控制的方式来调节部件的性能或角度, 由此控制太阳光和热进入建筑内部的多少。但是, 这一装置有它的缺点, 那就是主反射镜由于完全暴露在室外, 没有任何遮蔽设施, 不仅容易为自然现象所破坏, 即便日常护理和清洁也必须十分频繁, 否则主反射镜上面的灰尘和污垢就会影响反光效率, 降低进光量, 而传感器上的灰尘则会使装置灵敏度减低, 甚至导致失灵。为了解决这一问题, 学界正在开发一种可以直接安装在建筑外墙上作为直立窗的材质, 这种窗户的材质具有微叠层, 可以主动响应外界环境的变化, 主动地控制进入建筑内部的日光和热量的强度变化。

4 光、热环境中建筑节能设计矛盾解决

在我国进行采光的节能设计时, 我们首先要注意的问题是供热节能和采光节能的矛盾问题, 因为很多时候, 充足的进光量所带来的是室内温度的大幅度升高, 这在一些本身就很炎热的地区就加重了夏季空调制冷的能量消耗。在我国一些地区, 尤其是长江流域, 由于其处于亚热带和温带交界处, 夏季十分炎热而冬季却潮湿寒冷, 如何恰当的同时满足这一地区居民的采光和室内温度要求, 成为了设计师面对的一个难题。想要解决这个问题, 就要在设计时充分考虑各种因素, 通过设计技巧的综合运用, 达到理想的效果。

建筑节能设计中对建筑的整体合理布局也尤为重要, 合理的朝向布局才能保证建筑适宜的光、热环境。我国地处北半球, 保证日照建筑理应南向布局。从太阳热辐射分布看, 南向布置冬季日照最多夏季热辐射最少, 并且我国大部分地区夏季主导风为东南向, 所以南向的房屋既可以保证充足的光照, 在夏季又有足够的通风量以维持舒适的室内温度。综合分析保温、隔热、日照和通风, 南向布局利于冬季保温夏季防热的节能要求。

在我国南方, 夏季防热是节能的主要工作, 单独考虑这一点, 建筑应该采用长宽比小 (即小面宽大进深) 的体型, 但是这样的设计常常会造成建筑内部的采光不足, 而冬季又会造成屋中阴冷的问题。建筑节能设计中对建筑体型的优化是很重要的, 建筑室内光、热环境能耗和太阳对建筑外表面的辐射热和直射光密切相关, 建筑的长宽比越大, 得越热多。笔者在这里提出一个理论上可行的设计思路:即, 将房屋设计为南向浅进深, 但在屋顶或每一层窗沿上方设置大面积遮光板, 而地面则采用浅色易反光的材质, 利用其高度的漫反射保证房屋内的进光量, 而在多层建筑中, 每一层的遮光板也都可以成为上一层的采光设施。在由室外采光设施将光线反射到室内后, 室内的天花板和墙壁也都要进行高反光率的材质的色彩配合, 让光线尽量进入房屋身处, 提高室内的整体明度。这样就既充分的保了房屋的受热面积, 有保证了房屋充足的采光量, 做到了供热采光双向节能。

结论

总而言之, 在进行建筑采光节能设计时必须要遵守建筑节能环保的要求, 这是符合现今建筑业发展的趋势所在。作为一名建筑设计人员, 综合各方面因素, 合理的进行设计, 才能为人们营造一个更好的居家环境。

摘要：文章主要阐述了光、热环境中的房屋建筑节能设计的矛盾, 以及在房屋建筑节能设计过程中的被动采光设计和主动采光设计, 并对解决房屋建筑节能设计的矛盾问题提出了自己的观点。

房屋建筑采光节能设计 第2篇

1、建筑采光节能设计需要考虑的因素

1.1协调光、热建筑节能设计的矛盾

阳光中所包含的辐射是建筑对光热设计过程中的一个主要影响因素，因此，在进行节能设计的过程中，必须要对太阳能辐射保持一个谨慎的态度，同时要协调的处理好设计要求以及设计分区标准这两个方面所存在的矛盾。

1.1.1中国所存在的光气候分布图，将中国的建筑区分为了5个光气候的分区，因此，在不同地区进行建筑设计的过程中，必须要以光气候分布图来作为建筑天然采光设计的指导。在建筑的热能设计上，以往的建筑热工设计分布图都直接将中国划分成为了5个热工分区。光气候区所使用的指标就是照度，而我国的热分区中所使用的指标就是指的环境温度。任何同一个地区，它在一年四季不同时刻都有着不同的光气候区以及热工区域，从而使得各个地区建筑所需要的采光设计要求也是迥然不同的。

1.1.2可持续天然采光设计过程中，不可避免的需要将建筑外部的天然光纤引入到室内，从而使得建筑的内部达到一定程序的照明视觉效果，从而减少建筑内部的电能消耗量。而要实现这一目的，就需要在建筑设计时加大建筑之间的距离，从而加大建筑表面阳光照射的面积。而且热工设计则需要建筑在冬季时，能够最大限度的将阳光引入到室内，从而提高建筑室内的整体温度，但是在夏季需要防止外部热量的辐射量，从而减少室内空调电能的消耗。这些要求都促使了设计师在进行建筑设计的过程中，必须要合理的控制各个门窗的面积以及位置，从而减少建筑体型所产生的变化。但是经过这样的设计之后，建筑设计中热工节能与采光节能这两者就不可避免的出现了冲突、矛盾。因此，建筑在进行设计的过程中，必须要在完全平衡这两者之间所存在矛盾的情况下，还要保持建筑自身的节能设计的最佳效果。

1.2注重天然采光

虽然人工光照的技术已经相当的成熟，但在建筑的装修设计中，还不不能够完全依赖人工光源，要尽可能多的采用天然采光。这是因为，人体在经常接受太阳光照的同时，人体内会增强相应的钙质，杀死某些病菌，这是人工光源所不具备的优势。而且，利用适当自然光源加进建筑的设计中，可以增强建筑的美观性和自然感，使人们在获得光亮的同时更增添了舒适感。

1.3根据不同地区环境特点、建筑情况采光节能设计

我国地大物博，拥有不同的地质风貌和气候特征，不同地区的建筑风格也有很大的不同，比如说，北方气候比较寒冷干燥，墙体一般较厚，所需的光照比较强，而在南方地区，气候常年温暖，就不需要更多的光照。因此，在建筑物的设计上一定要考虑到因地理环境不同而采用不同的采光设计方案。

2、具体的采光节能设计

采光节能设计的环节包含很多方面，比如说窗户的角度大小、玻璃的质地、人工电流的供给等。如何在节能的基础上，综合这些具体的设计环节进行合理的规划，是保障建筑物整体和谐、可靠的基础。

2.1窗地比越大，采光均匀性越好

什么是窗地比？简单点说就是窗的面积与地面面积的比值，它的大小决定了屋内自然采光的比例。窗地比越大，窗口设计越大，自然采光的水平也越高，相反，窗地比越小，窗口设计越小，自然采光的效果就差些。而人工耗能的照明设备会随着自然采光的强度产生变化，研究证明，采光条件较好的房屋，使用人工照明的能耗就更小些。所以，设计人员一定要仔细计算窗地比的数值情况，虽然根据定率来讲，窗户面积越大越好，但是我们还要考虑，热功能的消耗情况。在北方城市的冬天，窗户面积越大，侵入房间的寒气越足，所需要的热能就越大，从而对热能的消耗也更快，虽然节省了采光方面的成本却增加了热好方面的投入。所以，如何制定正确的窗地比设计，均匀合理的进行采光，是实施节能环节的基本内容之一。

2.2窗户透光率越大，照度均匀度越高

建筑物的采光率与窗户材质的通透性成正比，通透性越好，屋内的采光率越高。而采光率越高，对于人工照明的使用率就越低，对能源的损耗也越低。所以，选择通透性好的玻璃材质会直接减少能源的小号，降低资金的投入，达到节能的目的。

2.3窗户相对位置高度越高越节能

很多人在装修房子的时候，都喜欢采用落地窗，这不仅是为了扩大视野，增强建筑的美观性，还在一定程度上起到了节能的作用。因为自然光一般呈平行状态照射，窗户的位置越靠近地面，所接收到的光照就越多，房间的照明度就越强，人工照明的能耗就越低。但是，并不是所有的建筑都适合采用落地窗的设计。

3、噪声控制在居民建筑设计中的意义

既然噪声污染严重危害着人体的健康，那么噪声控制在居民建筑设计中就具有了相当重要的意义。以前建筑设计人员对噪声的控制设计意识不够，使居民在居住的过程中受到噪音的迫害。所以首先要提高设计人员对噪音防控设计的意识；其次要采用隔音效果较好的墙体；最后，在整个建筑设计中灌输环保节能的理念。只有这样，才能保障人们的正常生产生活活动，创造一个良好的居住环境，满足对建筑设计的需要。

4、居住区交通噪声防治措施

4.1优化总体规划设计

减少噪音污染的有效手段主要有两种，一是从噪声源入手，一是在噪音传播过程中进行阻断。因为噪声的来源太多，不可能完全杜绝噪声的产生，所以为了改善居住环境，大多数人还是采用第二种防治手段。优化总体规划设计是减少居住区交通噪声的有效办法。简单点说就是从噪音源入手，合理的控制小区内车流量的进出，不能只顾环境的优美而让噪声污染有机可趁。

4.2合理设置道路声屏障

在建筑物与干道间设置专门的声屏障，是指特别设计以阻挡交通噪声直接传播来减低噪声水平的构件，比没有屏障时环境噪声有所降低。这个降低值，被称为声屏障的插入损失，它是衡量声屏障性能的重要指标。一般有效的插入损失值在5～10dB（A）左右。设置声屏障必须认真做好可行性研究和实际降噪效果预测工作。建设隔声屏障毕竟投资较大，声屏障的样式是多种多样的，不会是一时的时髦而已，这是我们需要虚心学习并值得借鉴的地方。

4.3利用绿化的降噪作用

上面我们曾说过，大多数人采用阻碍噪音传播途径来减少噪音污染。设置绿化带进行隔音就是这种手段的表现方式之一。其实，绿色植被不仅能够净化空气、美化环境，还能产生降噪的作用。绿化带就像是一堵无形的墙，能把多数的噪音挡在了墙外。这是因为，树木拥有很多分布复杂的树叶，声音在遇到树叶时会产生不规则的反射，由于树叶很多，反射面不平行，所以在不断地反射过程中，噪音逐渐弱化直至消失。

5 结束语

建筑节能设计之采光节能设计浅谈 第3篇

关键词：采光节能,节能设计,建筑设计

0 引言

节能设计的两大主题就是开源和节流，因此节能方式的改革不仅需要减少对不可再生资源如煤、石油等的使用，还要重视对可再生能源如太阳能、风能的开发利用，这样才可以使节能效果达到最佳。

在建筑能耗中，照明能耗所占的比重很大，这就需要重视在建筑设计进行采光节能设计，以实现彻底的绿色建筑，而非仅考虑热环境节能的单极化节能。建筑采光节能设计也需要在整体节能思维的基础上，综合分析光、热环境的要求，根据本地区的环境特点，实现采光节能的最佳效果。

1 采光节能设计需要考虑的因素

1.1 协调光、热建筑节能设计的矛盾

阳光的辐射是建筑设计中光、热的主要影响因素，因此在节能设计中对太阳能辐射的利用应当谨慎，要协调处理其在分区标准和设计要求两方面的矛盾。

首先，中国光气候分区图将中国的建筑设计划分为5个光气候分区，以此来指导天然采光设计；而在热能设计上，去过建筑热工设计分布图将中国划分为5个热工分区。光气候的分区指标是照度，而热工分区的主要指标则是温度。同一地区可能分属不同的光气候区与热工区，节能设计要求也就自然不同。因此建筑设计要想达到采光节能的目的，必须协调光、热在建筑设计中的矛盾，以制定完善的光气候区分标准和物理环境参数。

其次，光节能设计不可避免的要求将天然光引入室内，以达到有效的照明与视觉效果，进而减少照明能耗。这一要求需要设计建筑时加大建筑间的距离，减少对天然光的阻挡并适当的增加采光口的数量与面积。而热工设计在冬季时需要尽可能的将阳光引入室内以提高室内温度，在夏季却需要做到有效的防止热辐射以减少空调能耗，这一要求需要设计师合理控制门窗面积与位置，减少建筑体型的变化。这样一来，在建筑设计中采光节能与热工节能不可避免地会产生矛盾。而建筑节能设计必须要到在平衡而这矛盾的同时，达到节能设计的最佳效果。

1.2 注重天然采光

采光节能设计必须要考虑天然采光，而不能一味依赖人工光源。这是因为首先人工光源会影响人们的感受，光线的温度会给人们带来截然不同的感觉。而自然光在不同的季节、时刻、环境通过合理的设计可以对室内照明产生很好的效果，其舒适度也远远高于人造光源，不仅可以使昏暗的房间变得明亮活泼，还可以塑造室内的艺术空间、营造良好的氛围。其次，天然光源如得到充分的利用可以节约电能的消耗。据统计，建筑消耗中照明消耗占了将近三分之一的比重，而天然光源则具有取之不尽用之不竭的特点，与人工光源相比更加安全、洁净。只有最大限度的降低照明消耗，才能更好的设计节能建筑，顺应绿色建筑的潮流。

合理的利用太阳光，不仅是城市规划范畴的问题———需要一个地区的整体规划设计都必须考虑天然采光，更是设计师必须考虑的问题。建筑设计师需要对建筑的采光如侧窗、天窗、中庭采光进行整体的把握，然后就需要对采光口进行合理的设计，如采光口的位置、打消、朝向等以及玻璃的颜色、折射度、反射度等。

在对天然采光设计进行考虑时，还需要注意的一个问题就是需要配合空调的节能工作。我国大部分地区夏季具有日照时间长、太阳辐射强的特点，因此在建筑设计时需要合理的利用屋檐、遮阳板、窗帘等调解采光、减少热能消耗、节省电力资源。这种情况在采用玻璃幕墙的建筑中表现得尤为明显，更需要合理协调采光节能与热能消耗的矛盾。

1.3 根据不同地区环境特点、建筑情况采光节能设计

我国幅员辽阔，不同地区的光照条件与环境特点有很大不同，而每一个地区的建筑群的特点更是千差万别。因此采光节能设计需要根据不同地区的环境特点、建筑情况来整体规划布局具体的采光设计。

首先要根据该地区的整体环境特点进行设计规划，只有合理的朝向布局才能最佳的协调建筑设计中的光、热矛盾。在建筑设计中应当保证向南布局，这首先是因为我国处于北半球，南向布局可以保证冬季日照最多而夏季辐射最低，如此布局方可以获得最大的日照。其次，我国大部分地区夏季多为东南风，因此坐北朝南可以很好的保证通风需求得到满足。为节约采光耗能还可以在南向墙面设置镜面材料引入光线，以改善北面房间的光照度。此外，为了保证建筑物内日照时间的长度，还需要考虑植被对光照的影响。绿树枝被对于改善热环境大有裨益，但是在对其设计时一定要考虑采光需求。

其次，采光节能设计还要根据该地区的建筑群的特点来进行合理的规划。建筑室内采光的方案一是地窗，因为地窗的面积越大对采光越有利。而天窗采光的均匀性比较好，但是由于屋顶是吸热最多的部分，因此天窗对于热工节能十分不利。因此开窗设计应根据不同的地域气候环境来设计。一般来说，建筑物的长宽比与热量获得成正比，因此在炎热的南方采用长宽比小的建筑形状有利于节能工作，而寒冷的北方采用长宽比大的建筑体型则可以满足其冬季保温的需求。但是从采光方面考虑，建筑物进深与光线成反比，即进深越大光线越弱，因此在建筑设计中进深应当兼顾光热节能的要求，在保证光照时间和光照均匀度的基础上设计出最佳的长宽比值。

2 具体的采光节能设计（形状与材料）

采光节能设计的细节，诸如采光口设计、玻璃的材质、照明设计等等，需要进行在综合把握以上三个大原则的基础上，进行合理的规划设计，以达到节能设计的最佳效果，为社会能源的和谐发展、建设绿色家园做出贡献。

2.1 采光口的设计

2.1.1 窗地比越大，采光均匀性越好

研究发现，随着窗地比的增大，人工照明能耗越小，房间全年的关灯率就呈现上升的趋势。这是因为窗地比越大，室内的采光均匀度越高，室内光线条件的上升当然会促成人工照明能耗的降低。虽然对于采光来讲窗户面积越大越好，但是建筑设计还需要综合考虑热功耗能（采暖与制冷）。因此建筑物的窗地比需要根据不同的光度要求进行不同的设计。如果房间对光度的要求较高则可以适当的扩大窗户面积，并且辅以其他的外围措施保证房间的保温隔热效果。反之则应当适当缩小窗户的面积以保证室内温度。

2.1.2 窗户透光率越大，照度均匀度越高

建筑物窗户的透光率与房间照度均匀值成正比，即窗户的透光性越好、透光率越大，房间的照度均匀值越高、光环境越好。因此，透光率的增大会直接导致人工照明耗能的减少、达到节能的目的。当然，建筑物能耗还需要考虑热工能耗，但是窗户的透光率对热工能耗的影响很小，因此窗户透光率越大，建筑物的总能耗越低，节能效果越好。

2.1.3 窗户位置高度越高越节能

随着窗户位置的升高，近窗处的照度值大幅降低，这是因为窗台挡住了一部分阳光。而窗户位置越低，房间内的照度值越高，照明能耗越低。但是，窗户位置越低，室内视觉舒适度会随着降低。因此，在采光节能设计中，既要考虑到低窗位对光照值的促进作用，也要考虑由于光照度平缓对室内人员视觉舒适度的影响。

2.1.4 窗户形状越瘦高越节能

窗户的形状对于室内光照度值也有影响。实验表明，窗户上沿的高度越高，光在进深的方向上均匀性同比增高。而随着窗户宽度的增加，室内的光照值反而没有同比提高，人工照明的能耗呈上升趋势。因此，在对窗户形状进行设计时，需要意识到窗户形状越瘦高对于采光越有好处，也越有利于采光节能设计。

2.1.5 侧窗增加反光板可以增加照度均匀度

高侧窗对于改善室内照明环境作用很大，与之相呼应在侧窗增加反光板可以降低近窗处的照度峰值。由于夏季高角度的太阳直射光极易造成近窗处出现眩光，因此在侧窗增加内反光板可以提高室内的光照均匀度、改善室内的照明效果进而减少照明能耗，增加外反光板还可以在夏季减少热增益，减少夏季空调制冷能耗。因此可以考虑在室内外增设反光板来改善室内环境，降低照明能耗，达到采光节能的目的。

2.2 玻璃材质的选择

门窗玻璃材质的选择对于节能的影响与采光口的设计一样重要，而门窗能耗一直是节能的薄弱环节。在对门窗材料的选择上，应当以多透光少传热为基本原则，这样既可以保证采光，又有利于热能消耗的减少。因此，炎热的南方地区在节能设计中应当首先考虑选用低辐射玻璃，以减少太阳光的辐射。而寒冷的北方地区则可以首先选用中空双层玻璃，在保证光照值的同时减少散热、保证室内温度。

此外，随着科学技术的进步，新型的玻璃材料越来越多的走进设计师的视野，出现在千家万户之中，常见的如液晶调光玻璃、光致变色玻璃等，都是根据不同材质的不同优点来达到采光效果的最大化并尽可能的减少能耗。与此同时，新型采光方式如导光管技术、光导纤维技术等的运用都是研制多功能节能窗的新思路、新方法，在采光节能设计中应当积极引进先机的技术方法来保证采光节能设计达到最佳效果。

2.3 采用合理的照明设计

合理的照明设计对于采光节能也很重要，建筑设计还应当在保证照明质量的基础上，设计优先选用电指标较低的设计方案。

首先设计师需要根据照明的目的或者使用要求来确定适当的照度，并且根据使用要求确定照度分布。此外，设计师还要根据活动性质、活动环境及视觉条件，依据规范来选定照度标准，严格执行强制性规范内容，如GB50034-2004第6节。该文件规定了各功能建筑物照明功率密度值，其目的在于控制建筑照明总的用电量，必须受到重视并且严格适用。

其次，合理的照明方式，是提高照明系统效率最便捷最有效的手段。如果房间布置已经确定，设计师应尽量采用分区一般照明方式。而对于部分作业面照度要求较高、不适合只采用一般照明的场所，则应当采用混合照明。

再次，照明设计中合理有效的配线可以减少线路上的电能损失。设计师应当保证电气照明的工作电压保持在允许的电压偏移值之内。而在采用气体放电光源较多的场所，采用分散方式进行电容补偿以提高功率因数则是很好的解决办法。

最后，为了方便管理，每个照明开关所控制的灯具的数量不能过多。在建筑装修中，还应当应尽量用浅色的墙面、地面和顶棚，这样可以更加有效的利用光能，对于房间的氛围营造也有很好的效果。在设计好之后，对于照明设备还要加强维护和管理，以延长照明设备的使用寿命，这样是采光节能设计之路的长久之道。

3 结语

节能减排是当前全球关注的重点，在建筑节能设计中采光节能设计必须进入设计师的考虑之中，以建立优质高效、经济舒适、安全可靠的照明环境，实现建筑物的零污染要求，建设完全的绿色建筑物。

参考文献

[1]荆方,李雯.试论现代建筑的采光节能设计[J].城市建设理论研究,2011,(19).

[2]杨志达.建筑采光设计的几个误区[J].山西建筑,2007,(13).

房屋建筑采光节能设计 第4篇

关键词：建筑节能,天窗采光,优化设计,高校体育馆

一、天然采光对建筑能耗的影响

本文所研究的基于天窗采光的建筑节能优化设计是指利用昼光照明 (daylighting) 来减少建筑照明能耗, 从而达到建筑总能耗最小的目的。其基本思想是:当天然光在室内工作面上产生的照度达到或超过国家相关规范所制定的标准时, 关闭人工照明;反之则开启人工照明进行补偿。可以采用直接式的开关或渐变式的人工照明方式, 当然, 渐变式的照明方式更利于节能。

利用天然采光进行建筑节能设计所涉及的不仅是建筑照明能耗, 还包括建筑的采暖能耗和制冷能耗, 这三种能耗之间存在耦合关系, 彼此交互作用, 共同决定着天然采光对建筑整体能耗的影响程度。要利用天然采光来减少建筑的照明能耗势必要增加建筑的开窗面积, 而增加建筑的开窗面积又会导致建筑的外围护体系发生变化, 从而影响建筑的采暖和制冷能耗;另一方面, 利用天然采光会使照明散热量减少, 也会影响建筑的采暖和制冷能耗。

二、建筑节能优化设计的基本要素

一般情况下, 优化问题由三个基本要素组成, 即优化变量、约束条件以及优化目标函数。下文将针对这三个要素展开分析和论述。

1. 优化变量

一个实际的优化方案可以用一组参数 (如几何参数、物理参数、工作性能参数等) 来表示。其中, 一部分参数的取值需要在优化过程中进行调整和优选, 一直处于变化的状态中, 这类参数是优化变量 (或称决策变量、设计变量) , 是独立的参数 (1) 。

基于天窗采光的建筑节能优化设计所涉及的主要优化变量包括天窗的位置、天窗的布置形式、天窗的大小、天窗的材料及遮阳形式, 本文选取天窗的大小作为优化变量进行研究。

2. 约束条件

约束条件是在优化变量取值时的限制条件, 可以是等式约束, 也可以是不等式约束。根据性质的不同, 约束可以分为边界约束和性能约束两类。边界约束可直接用来限制优化变量的取值范围, 如长度变换的范围。性能约束则是根据某种性能指标要求推导出来的限制条件 (1) 。

由于本文选取天窗大小作为优化变量, 所以边界约束就是对天窗大小的约束, 《公共建筑节能设计标准GB 50189-2005》规定屋顶透明部分的面积不应大于屋顶总面积的20%;其性能约束主要包括对照度大小、照度均匀度和眩光的控制。《建筑照明设计标准GB50034-2004》对体育馆比赛厅按照不同的使用功能和不同的体育项目做出了详细规定, 本文研究对象拟定为高校体育馆, 其主要的功能是满足高校师生进行体育教学和日常体育锻炼, 因此约束条件为日常训练和娱乐活动照度取值范围, 即照度≥300lx, 照度均匀度U2≥0.5。由于该设计标准所给出的眩光指数是针对人工照明而言的, 存在一定的局限性, 因此本文对眩光控制暂且不作分析。

3. 优化目标

在通常情况下, 优化目标可以由目标函数来表达, 但对于通过天窗采光来进行建筑节能优化设计而言有一定困难, 因此本文利用计算机模拟的方式来代替目标函数。通过建立优化模拟模型, 对不同的优化变量取值分别进行模拟, 以此来考察优化变量对比赛厅光环境及建筑能耗的影响。本次研究的优化目标是在严寒地区高效体育馆的日常训练中尽可能利用天然光, 以减小体育馆的照明能耗, 但同时考虑采暖能耗和制冷能耗的变化, 就能使得建筑总能耗最少。

三、优化变量模拟分析

1. 模拟模型及模拟参数

高校体育馆一般为中型体育馆, 主要为了满足教学和日常训练的要求, 比赛场地一般设计为多功能。参考《体育建筑设计规范JGJ/T131-2000》中的相关数据, 将模拟模型的比赛场区尺寸确定为54m38m, 将其高度确定为21m, 能满足篮球、排球、网球、羽毛球、兵乓球以及体操等多种体育项目的教学、训练和比赛的要求。本文将模拟地点定在齐齐哈尔, 地处中国光气候分区中的Ⅴ区, 外临界照度为4 000lx。模拟所选用的材料及其与采光相关的物理特性参数详见表1。

2. 模拟结果分析

本文所建立的模型只是针对比赛厅这部分, 因此我们将约束条件中屋顶面积不大于屋顶总面积的20%做了调整, 转换成屋顶透明部分的面积不大于比赛场地 (不含观众席部分) 面积的60%。本文选取天窗面积与比赛场地面积的比值分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6进行模拟, 其布置形式如图1所示。我们采用Square One公司研发的辅助生态设计软件ECOTECT模拟上述几种情况的比赛厅照度分布情况, 结果如表2所示。

从表2可以看出, 随着天窗面积与场地面积比值的增大, 比赛场地的最小照度、最大照度和平均照度也随之增大, 并且基本呈线性关系;照度均匀度U1、U2也是随天窗面积与场地面积比值的增大而增大。根据照度大小、照度均匀度与天窗面积、场地面积之比存在的线性关系可以得出:当比值在0.35左右时, 场地内的最小照度达到300lx, 能够满足日常综合训练的要求;而照度均匀度要在天窗面积与场地面积比值达到0.6时才能够满足日常训练的要求, 即照度均匀度U2达到0.5。如果不考虑乒乓球和羽毛球这两个小球项目, 只需满足场地内最小照度大于300lx, 照度均匀度U2大于0.3即可, 也就是说, 当天窗面积与场地面积比值大于0.35均能满足要求。

四、优化变量与建筑能耗的关系

为了考察优化变量与建筑能耗的关系, 我们利用英国IES公司开发的IES (Integrated Environmental Solutions) 软件分别对天窗面积与比赛场地面积比值为0、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4的全年能耗进行模拟。我们按照比赛厅的照度变化将人工照明设置了5档, 即当比赛厅照度<50lx时, 比赛厅人工照明全部开启;当50lx比赛厅照度<100lx时, 比赛厅人工照明开启3/4;当100lx比赛厅照度<200lx时, 比赛厅人工照明开启1/2;当200lx比赛厅照度<300lx时, 比赛厅人工照明开启1/4;当比赛厅照度≥300lx时, 比赛厅不开启人工照明。但模拟出的照明能耗还是和实际照明能耗有一定的差距, 因为软件无法根据照度均匀度设置照明灯具的开启或关闭。模拟结果如表3所示。

注:表中Emin表示照度最小值, Emax照度最大值, Eave照度平均值, U1和U2表示照度均匀度, 其中U1=Emin/Emax, U2=Emin/Eave。

为了便于分析, 我们将表3中的数据绘制成图2。从图2可以看出, 随着天窗面积与场地面积比值的增大, 各种能耗和总能耗呈现不同的变化趋势。其中, 采暖能耗随比值的增大基本呈上升趋势, 天窗面积与场地面积之比在0~0.15之间时增加幅度最大, 0.3~0.4之间次之, 0.2~0.3之间有小幅度的波动情况, 其原因在于天窗面积与场地面积比值在0~0.15和0.3~0.4之间时, 由天窗引起的热损失大于太阳辐射热, 而在0.2~0.3之间时二者基本持平。制冷能耗在0~0.15之间时随天窗面积与场地面积比值的增大而减少, 在0.2~0.4之间时随天窗面积与场地面积比值的增大而增大, 其原因在于当比值在0~0.1时照明能耗呈明显下降趋势, 使得比赛厅的照明散热减小幅度很大, 其作用大于太阳辐射热, 从而使得制冷能耗呈下降趋势;而当天窗面积与场地面积比值在0.15~0.4之间时, 照明能耗下降趋势变得平缓, 使得比赛厅的照明散热减小幅度变小, 其作用小于太阳辐射热, 所以制冷能耗呈上升趋势。照明能耗随天窗面积与场地面积比值的增大呈下降趋势, 比值在0~0.1之间时下降幅度很大, 随后变为平缓。总能耗随天窗面积与场地面积比值的增大基本呈先减小后增加的趋势, 当比值在0~0.1之间呈减小趋势, 在0.2~0.4之间呈增大趋势, 原因在于当比值在0~0.1之间时照明能耗在总能耗中所占比例最大, 且在此区间其减小幅度较大, 从而引起总能耗的减小, 在0.2~0.4之间时, 采暖能耗在总能耗中所占比例最大, 因此总能耗的变化趋势与采暖能耗的变化趋势接近。

从图2还可以看出, 当天窗面积与比赛场地面积比值大于0.3以后, 比赛厅的建筑总能耗呈明显上升趋势, 因此本文没有对天窗面积与比赛场地面积比值大于0.4的情况进行模拟。

经过模拟得出天窗面积与比赛场地面积之比为0.1时, 比赛厅的建筑总能耗最少。但对于建筑设计而言, 无需给出一个最优解, 只需给出一个最优区域即可。原因有以下几方面:第一, 建筑节能只是建筑设计考虑的众多因素之一, 还有很多其他因素, 比如建筑造型、建筑室内空间感受等等;第二, 若建筑师在设计中完全按照所求出的最优解进行设计, 那么那样的建筑方案不是设计出来的, 而是计算出来的, 这泯灭了建筑师的创造力。因此, 本文认为可以以天窗面积与比赛场地面积之比为0.1的建筑总能耗为基准, 不超过其10%的建筑总能耗为建筑节能优化设计的可行域, 经计算可知可行域为天窗面积应在比赛场地面积的0.1~0.2倍之间。

结论

从上述分析可以看出, 当天窗面积与比赛场地面积之比为0.6时, 严寒地区高校体育馆比赛厅的建筑能耗不仅不是最小, 反而最大。因此, 从建筑节能的角度来看, 严寒地区高校体育馆比赛厅的采光形式应采用天然采光和人工照明相结合的方式, 本文建议天窗大小应在比赛场地面积的0.1~0.2倍之间选取。

注释

房屋建筑采光节能设计 第5篇

导光管采光又称光导照明、日光照明、自然光照明、管道式采光、阳光导入照明和无电照明等, 是一项对太阳能新利用的高效清洁的节能技术。从低耗能、低污染、低排放等方面来看, 该技术将安全的太阳光通过特殊的传输装置导入到室内需要光线的地方并提供白天室内的照明, 其系统无需常规能源 (如电能) , 因此减小了火力发电带来的环境污染, 同时也减小了由于用电带来的安全隐患, 做到了真正的绿色照明。

2015 年12 月18 日, 北京节能环保中心《节能与环保》杂志社副主编与记者一行专程到国内第一家专业从事导光管采光系列产品研发、生产、销售的北京东方风光新能源技术有限公司 (简称“东方风光”) 进行调研。在该公司总经理刘志东先生的介绍与讲解中, 全面地了解了突破一系列国内建筑采光照明的技术瓶颈, 整合太阳能光热技术、太阳能光电技术、室内环境控制调节技术为一体的导光管采光系统, 也感受到了刘志东总经理与他的团队为中国节能减排事业做出的贡献与努力。

十年风雨兼程

记者:东方风光从2005 年成立至今, 一直致力于绿色建筑节能技术的研发和推广, 作为业内专家您能给我们介绍一下绿色建筑节能技术的特点吗?

刘志东: 谢谢记者朋友, 专家暂不敢当。不过说起绿色建筑节能技术, 它涉及的范围非常广, 最常见的是建筑外围护结构, 如墙体节能技术、门窗节能技术, 外墙保温技术, 外遮阳节能技术等等。而通常老百姓使用和感受最多的有地源热泵供暖技术, 水源热泵技术, 空气能技术和太阳能供热技术, 以及照明节能技术 (如LED, 智能照明控制技术) 等等, 很多的技术都体现在比原有产品技术上更节能而已, 节能能够达到60% 以上已经是很好的技术了。比如LED照明, 比普通的照明方式就节能明显, 但都很难再得到提高, 要想再提高节能效果, 最好的方式是减少照明灯具使用时间, 而导光管采光技术就弥补了这种不足。安装导光管采光系统的场所, 白天节约了10 个小时的用电量, 无形中延长了灯具的使用寿命, 导光管采光系统传入室内的是安全的自然光, 有利于人体健康, 对动植物在室内的生长有着明显的促进作用, 这是任何其他节能技术所无法达到的特点。

记者:十年风雨兼程, 东方风光目前在绿色建筑节能技术领域取得了哪些成绩?因此, 请您举例简述东方风光产品在建筑方面的应用情况。

刘志东: 东方风光10 年, 从生意的角度去看, 时间有点长, 没有取得想象中的经济效益;从事业的角度来看, 十年只是成长的一个阶段, 是一份积累和沉淀, 是为下一个10 年甚至是20 年打下坚定的基础。10 年, 东方风光带动了导光管采光行业在国内的发展, 带领导光管采光技术走在世界的前列。比如:全球第一套管径达4 米的导光管系统;第一套平板导光管采光系统;第一套导光- 光伏-LED一体化系统等。典型的案例有杭州东站、深圳北站、重庆北站, 成都大源商务区地下环廊、万科地产、可口可乐、百事可乐、昆明卷烟厂等。

开启零碳未来

记者: 本着“ 绿色能源技术开启零碳未来”的理念, 东方风光在助力节能减排方面有何举措?

刘志东: 人得以生存的三大基本要素是空气、阳光和水。而大家知道, 在建筑内部水很容易得到, 而要得到阳光和清新的自然空气就非常难。尽管可以用灯光来解决照明问题, 用空调系统来解决室内通风问题, 但总无法做到像阳光照耀一样的舒服, 如同室外空气一样的清新。而且需要耗费不少的建筑能耗, 增加大量的碳排放量。

东方风光定位于以利用太阳能所产生的光和自然风来改善建筑室内环境的技术提供商。本着“绿色能源技术, 开启零碳未来”的理念推出的:尚拓SUNTUBE“导光管采光技术和自然通风技术, 极大限度的解决了上述问题。近年来, 又开发了导光- 照明一体化系统, 导光- 光伏-LED一体化系统, 导光通风一体化系统等, 并且结合传感技术和互联网技术, 让用户的使用更方便、更节能、更智能化, 明显的提升了建筑的节能减排效果和客户满意度。

记者:和同业产品相比较而言, 东方风光的产品与同业有何区别?优势在哪里?

刘志东: 目前同行业主要分两类:一类是国外引进的品牌和技术;另一类是从东方风光分离出来自己单干的公司, 主要是曾服务过东方风光的员工和东方风光合作过的经销商创立的公司。第一类公司从国外引进的技术, 在进入国内前五年, 明显感觉到其工艺和品牌优势明显, 国外案例也比我们多, 但是随着东方风光深圳工厂的建成以及研发机构的成立, “尚拓SUNTUBE”品牌在同类产品中已经没有什么差别, 甚至在某些方面已经超越国外品牌, 公司拥有近30 项专利技术。典型应用的有:“晶钻”采光罩系列, 外形美观, 自洁性能佳, 抗破坏力强等;导光- 光伏-LED一体化系统, 把照明与采光结合, 光伏发电用于照明结合。东方风光也可根据国内建筑设计要求, 为客户订做任何尺寸的导光管技术产品, 目前成功应用的产品最大直径达到4 米。东方风光在北京、深圳设有公司, 在上海、重庆、福建等地设有办事处, 南北呼应, 东西结合, 技术互补, 服务及时, 快速响应客户要求, 深得客户好评。

引领行业发展

记者:据了解, 东方风光参编了国家多项节能技术及行业标准, 您能介绍一下这些标准吗?

刘志东: 东方风光作为导光管行业的先行者, 深知一个行业的健康发展离不开标准的建立。在东方风光10 年的发展历程中一直积极参与并推动一系列导光行业相关国家标准体系的建立, 多次受邀并参与了国家住建部、中国建筑科学研究院等部门起草的一系列国家标准的编制工作:有国家标准:《建筑采光设计标准》 (GB50033-2013) 、《平屋面建筑构造图集》 ( 12J201) 、《橡胶工厂节能设计规范》、《民用建筑绿色设计标准》、《导光管采光系统技术规程》、《采光测量方法》等国家及行业标准。相信通过这些标准的建立, 导光管采光这个新型技术, 会更加规范、广泛的应用于各种建筑中, 为国家的节能减排工作贡献自己的一份力量。

记者:人才是企业发展的基石, 在人才培养方面东方风光有何计划?展望未来, 东方风光又有哪些发展规划?

刘志东: 当今社会人才是企业发展的基石, 一个企业要想发展好, 就需要培养人才, 留住人才, 这样的企业才有源源不断的发展潜力。东方风光公司目前有不少服务10年、8 年、6 年以上的员工。东方风光的目标是:使每一位在东方风光公司的员工在公司这个平台上得到全方面的发展。新年伊始, 东方风光在2016 年1 月份又组织了管理层员工进行了“公司运营体制”、“员工职业规划”、“员工职业能力提升”、“绩效薪资体系”等一系列的培训学习。

虽然前面说到东方风光已经成立10 年了, 但展望未来, 我们认为自己仍然很年轻, 我们有信心和决心再发展10年, 20年、50年……而对于东方风光未来5 年的发展规划是:业务上加大对国内市场的投入, 完善商业模式, 集团化经营;5 年内全国成立4 个子公司, 成立一家外贸公司, 本着以研发为重点的创新经营, 用技术引领行业的发展, 立志于做到行业全球第一。东方风光将为实现这个理想坚持不懈的努力和奋斗。

探索建筑采光的优化设计之道 第6篇

由于采光设计直接作用于建筑表皮,因此通常会影响到建筑物的外观,良好的采光设计是兼顾形式和功能的,也可以说具有良好采光性能的建筑其形式的背后有功能的支撑,而在大多数情况下有功能支撑的形式可以避免因追求标新立异而产生出的奇奇怪怪效果。

良好的采光性能可以给表皮带来技术的合理性,在技术合理基础上进一步延展艺术性不失为一种务实的设计态度。本文主要探讨采光优化设计方法中的技术层面问题,其中有两点做重点阐述:

(1)地域性光气候下的采光分析:我国各区域间光气候差异明显,即便同属于亚热带地区的广州和香港实际光气候差异也很大,显而易见的是某地的建筑采光设计需要在当地的光气候条件下开展;当前建筑采光设计主要在全云天(CIE Standard Overcast Sky)下开展,实际上全云天作为一种理想化的天空模型不能反映地域性光气候特征,在该模型下的采光分析存在一定的不足。课题组在前期的研究工作中对于广州地区的光气候进行了超过一个年周期的初步观测工作,CSRS计算模型正是基于该观测结果得出的,该计算模型可以在一定程度上反映广州的地域性光气候特征。

(2)采光设计方案的最优化:采光最优化问题的影响因素很多,其中在进行采光构件(或对采光有影响的构件)的尺寸、角度、材质等参量与采光效果之间的关系时,利用参数化模型可以大大提高研究的效率,甚至使得原先不可能解决的优化过程成为可能,该技术在采光分析中的应用是解决方案择优的有效手段,使得BIM技术在建筑采光分析中展现出优势。

图1建筑场地

图２建筑幕墙

图3华南理工大学1号教学楼遮阳方式

图4水平+垂直遮阳方案

图5采光构件设计与相关参数标注

2 建筑采光优化设计

本文以华南区某多层建筑西南向立面的采光设计为例说明采光设计过程。由于研究对象为南偏西朝向的幕墙(侧窗),通常广州地区南向、西向的侧窗均有必要考虑遮阳措施,因此在采光设计过程中强调分析建筑遮阳构件对于室内采光的影响:侧窗遮阳构件的设计方法较为成熟,但在开展建筑采光设计时明确区分“采光”、“遮阳”,往往忽视了遮阳对于采光的影响,有的建筑仅仅考虑遮阳,实际上良好的设计可以使遮阳构件增强采光效率、优化自然光在室内的分布。本文以采光为出发点,细致地开展了室内自然光环境的量化分析与方案比较,阐述了在合理的遮阳构件尺寸范围内如何进一步针对其开展优化设计使得保证遮阳作用的同时可以营造良好的室内采光效果。

2.1 研究对象

研究对象位于广州市区,场地周围无明显遮挡,项目的场地平面图(图1)中所示,图中上方为北向,建筑主体标准层为矩形平面,朝向为南偏西31.7°。

建筑幕墙剖面(图2)中所示,南偏西的朝向使得建筑的采光问题较正南向建筑情况复杂,在进行采光分析时选取西南立面上一个单元为研究对象,针对未安装采光设施的研究单元在CSRS模型下进行模拟分析。(注:作为本课题组前期的研究成果,有关CSRS采光计算模型的介绍已经发表,请参见本文参考文献[3-5])由采光模拟结果可以获知,该建筑空间在采光上的问题在总体上归结为如下3点:

(1)自然光照度分布不均,照度随进深增加快速下降;

(2)近窗部分存在过亮问题;

(3)由于朝向为南偏西使得下午时间段存在较为严重的“西晒”问题。

2.2 初步的遮阳设计方案

图3 为华南理工大学1 号教学楼遮阳方式,该建筑的遮阳设计经过数十年时间的检验充分证明了其合理性,广州地区由于夏天炎热,天空晴朗时数较多,因此在南立面使用水平遮阳与垂直遮阳结合的方式可以达到较为理想的效果。根据传统的侧窗遮阳构件设计方法,根据本文研究对象的具体情况提出了如下的遮阳设计方案(图4)。

通常情况下,该类遮阳方案可以达到较为理想的遮阳效果,但是此类方案并未考虑遮阳对于采光可能带来的改善作用,在理想的情况下,如将被遮蔽的太阳直射光分量引入室内大进深领域可以使室内的自然光环境进一步优化,以此为出发点本文重新考虑了建筑遮阳设计方案并重点研究了该遮阳措施对于室内采光的影响。并根据前期的研究成果开展地域性光气候条件下的采光模拟分析,并以此模拟分析结果作为采光优化的依据。

2.3 基于参数化模型的方案择优

针对研究对象的具体情况,课题组初步搭建了一套兼顾水平和垂直方向的改变自然光传播方向的构架,此形式采光构件可以有效地解决照度分布不均匀以及下午时间段内出现的严重“西晒”问题。结合前期的研究成果,该类型采光构件较简单垂直或水平构件能达到更为理想的采光效果,图5为安装于南偏西立面的采光构件示意图。

该采光构件的设计包含长度与角度两类共计5 个参数(为了简化相关研究工作,材料反射率的探讨借鉴前期研究成果):L1 / L2 / R1 / R2 / R3,各参数的意义于图5 中标注(长度用L表示,单位:mm ;角度用R表示,单位:°)。在CSRS模型下模拟中间月份10 月份9:00/12:00/16:00 的室内照度分布情况。课题组设定三个时间点的有效照明区域(即照度300lx~2000Lx之区域)占室内面积的比值之和,即是sum(D9, D12, D16) 作为优选的目标条件。其中D9 / 12 / 16代表9:00/12:00/16:00 点钟有效照明区域占室内面积的比值。参数化模型的引入使得原先的基于建模(输入三维模型)而后进行计算,最终得到结果的模式,转变成为了输入一种参数值,而后直接得到结果,这种变化实际上使得优化过程变为一种类似程序化的过程,是处理最优化问题的有效途径。

由于该模型为参数化模型,使得针对不同参数的模拟计算效率大幅度提高。详细地分析了参数变化对于采光效果的改变,并经过大量参数组合的采光效果对比优选出了该方案:参数组合Gopt(1050,2350,45,12,20)的采光表现为优选, 即是每个采光构件的单位为:L1=1050mm,L2=2350mm,R1=45 °,R2=12 °,R3=20°,图6 中采光构件为优选参数的采光构件。

图7 为该采光构件安装于建筑表皮上的效果示意图。从该设计方案可以看出,方案中具有可以与光伏发电面板(PV)相结合的可能性,例如在相当于垂直遮阳的构件上安装PV材料,使得保证采光、遮阳效果的同时可以产生一定数量的电能。将光伏发电与采光装置的结合可以在保证自然采光的基础上产生电能,这是建筑节能的良好方式之一,有关该问题将在本课题组日后的研究工作中给出进一步的讨论。

3 结论

总结一下本文所阐述的采光设计方法,其中重点强调了基于地域性光气候的采光模拟计算,以及利用参数化模型提高采光模拟比对的效率,图8 所示的流程图,正是参数化模型使得一套套待验证的设计方案简化成一组数据,这使得择优的过程从基于实体的模型分析与比对变为程序,绕开了一次次建立图形的步骤,大幅的提高了效率。位于流程中心部分的采光计算程序保证了地域性光气候的反映,最终通过多组(甚至是大样本)的分析比对,在明确目标值的比较下进行择优。

图8优化设计流程

地域性光气候下开展建筑采光设计是建筑采光设计发展的必然趋势,除了基于经验的方法外在可反映某地区天空亮度分布均值情况的典型天空模型下开展相关设计是一种科学的研究态度;在采光构件的优化设计问题中将采光构件参数化后开展采光模拟分析使得采光问题的量化研究以较高的效率进行,大大提高了研究分析的效率。

总结以上所述,在地域性光气候条件下针对参数化采光构件模型开展量化分析研究并针对大样本参数组合进行采光表现的分析比对是进行采光优化设计的一种科学方法。

图片来源

文中全部图片均来自作者绘制或拍摄。

图6优选参数的采光构件表现图

图 7 建筑表皮局部

摘要：文章阐述了一种建筑采光设计方法,重点强调了在地域性光气候条件下的采光分析以及利用参数化模型进行采光方案的比对,以上过程保证了优化方案的获得。文中以位于广州市的某给定的建筑项目为例探讨了建筑侧窗遮阳构件可能给室内采光带来的改善,设计过程可概括为:以优化的自然光环境的优化为目标,利用参数化模型技术对于方案进行了高效的择优,最终得出了兼顾遮阳效果的采光设计方案。基于课题组前提的研究成果,文章涉及的采光模拟工作均在可反映广州地区地域性光气候特征的典型天空亮度模型(CSRS)的基础上进行。

房屋建筑采光节能设计 第7篇

1 为什么现代住宅要进行自然采光设计

随着城市化进程的加快, 住宅建筑也在不断地发展, 越来越多的住宅建筑趋向于奢华, 这也就引起了大量的能源浪费。有数据表明, 在建筑物的使用阶段, 能源消耗量占到全生命周期的80%。, 这也就是说, 能源消耗在建筑使用中占有绝对的地位。虽说我国地大物博, 资源也很丰富, 但就人均占有量来说, 我国的资源形势很不乐观, 再加上近几年我国城市化建设的快速发展带来的环境污染已经使有限的资源变得很少了。另外, 由于各种技术的约束, 我国在很多能源利用上的水平远远低于发达国家的水平。所以说如果在住宅的使用上耗费大量的能源的话, 会对整个社会发展以及国家未来的规划都会产生重大的影响。

2 如何满足建筑采光设计的原则

2.1 满足照明需求

人类的生活依赖着光而进行, 除了睡觉, 其他的人类活动都需要在光的条件下进行, 所以在建筑设计中, 照明的问题是一个重点, 同时也是能够降低能源消耗的一个重要因素。目前建筑的用途很多, 不同的建筑用途对采光的需求也不一样。若是住宅类建筑, 其对采光的要求并不是很高, 只要能够为室内人员提供活动所需要的光亮就可以了。若是大型公共建筑, 那么就需要很高的采光要求。这里的采光要求不仅包括能够满足室内人员进行活动的光亮, 还要防止过强的光线照射以及眩光和光帷反射等现象, 其原因是大型公共建筑的空间跨度大。

2.2 满足视觉舒适的要求

人类对光的感应是很灵敏的, 过强的光会伤害人类的眼睛, 而过弱的光会使人看不清楚视线范围内的事物, 同时这两者情况都会使人的眼睛产生疲劳。所以在进行建筑采光设计中要以人眼的舒适程度为基准, 光的亮度要能够满足室内人员活动的需要, 总的来说就是尽可能地保护视力。

2.3 满足节能要求

在现代大型公共建筑中, 一方面用于照明的电力消耗大约占总电力的30%, 根据节能设计标准计算, 这属于能源高消耗建筑。另一方面在同等亮度的情况下, 人工照明要比自然光多产生很多热量。所以采用自然照明不仅可以节省照明设备的能源消耗, 还可以减少热环境的能量消耗。

3 如何进行采光节能设计

采光节能设计的目的在于通过各种建筑设计的手法, 排除阻碍因素将自然光引入室内, 以节约照明设备的耗能。由于现代住宅建筑内部的布局较为复杂, 所以在进行采光设计时要综合考虑各种因素, 也就是说采光设计不仅是思考如何将自然光最大程度地引入室内, 还要顾虑到其他设计的功能, 以及建筑的整体布局是否符合人体活动要求。另外, 还要注意采光节能设计的方案是否会造成其他设计的耗能问题。综合来说, 就是要统筹整体布局, 综合各种因素, 最大程度地优化采光节能设计。

3.1 合理构建节能分区标准

光与热是同时存在的, 所以在进行采光节能设计时, 要考虑到光和热的交叉作用, 提出合理、平衡、综合、全面的节能设计分区标准。

3.2 综合考虑光、热环境, 统筹建筑整体规划

在保证节能分区标准的合理设计的前提下, 我们还要进行一些细节方面的设计, 比如材料的选择、采光口的细节设计以及反光遮阳环节处理等。首先在保证建筑整体规划后, 我们要对朝向进行合理地设计, 以保证室内具有充足的光、热环境。我国的地理位置处于北半球, 根据北半球的太阳热辐射分布状况, 如果将建筑朝向设置为南向的话, 建筑在冬季会有最多的日照时间, 而在夏季的日照时间是最少的, 并且我国多数地区的夏季风向是东南方向, 建筑的南向朝向也有利于建筑的通风。所以, 不管是在日照上, 还是在通风上, 都有利于建筑的采光和通风。除了整体的布局之外, 还要注意北向房间的节能采光设计。由于北向房间的采光能力较低, 但其热环境较小, 日照度较为均匀, 所以我们可以在南向墙体上使用反射率较高的材料, 由此将光照引入北向房间, 这样也可以提高北向房间采光性能。

3.3 科学设计建筑采光口

建筑采光口的设计存在矛盾, 因为采光口的作用既可以用来采集自然光, 又可以遮蔽阳光;既要为室内提供通气的管道, 又要防止沙尘和风雨的入侵。所以我们要在加强采光口材料的气密性的同时, 根据当地具体的采光要求和不同情况下采光口设计面积的折中标准, 对采光口进行科学合理地设计, 使其作用和谐统一。除此之外, 门窗如果使用玻璃制作, 也可以成为采光设计的一部分, 而且门窗的面积较大, 但一般情况下却不被纳入采光节能之中。所以在门窗材料的选择上要尽量遵循多透光及少传热的原则, 南方较为炎热, 其门窗一般会采用辐射效能低的玻璃材料, 而北方较为寒冷, 其门窗一般会适当地采用双层中空玻璃。随着技术地发展, 玻璃材料和采光技术都在不断地更新, 对此我们要敢于创新, 把这些材料和技术用于实际中。

3.4 合理应用反光及遮阳措施

节能设施不仅是用于采光, 还可以调节室内的光热环节, 常见的情况有在窗顶位置放置水平反光板, 这样一来就可以把光引入室内深处, 还有就是在建筑内部设置遮阳装置, 这种情况多用于夏季, 因为夏季阳光的光照度较大, 会对室内产生较大的热环境。除此之外, 最好就是将两者方法结合起来利用, 也就是既布置遮阳设备, 也布置反光板, 这样既可以保证室内深处具有充足的自然光以减少能源消耗, 又可以遮住日照度较强的光线对室内热环境的影响, 从而从两个方面保证室内环境的舒适度。侧窗也是主要的采光口, 而高侧窗的照度更较均匀, 所以我们可以在高侧窗的顶部设置反射装置, 进一步引入自然光, 但又可以避免直射光, 也可以降低空调制冷装置消耗的能量。

4 结语

现代住宅建筑的采光设计的意义不仅仅在于节约能源消耗, 更在于现代能源节约的文化思想, 以为城市未来的发展提供更多的可能性。虽说我国的建筑业已发展到一定水平, 但在住宅建筑采光设计方面, 设计师不管在关注度上, 还是在设计手法上都需要加强。为了响应社会号召以及提高建筑设计水平, 在住宅建筑采光设计方面, 我们要树立全局思想, 从建筑整体布局考虑, 将整体和细节结合起来, 以人类居住的舒适度为准则, 提高节能水平, 创新思维, 不断地积累设计经验和知识, 并能够在实践中熟练运用, 最大程度上提高行业的经济效益和社会效益。

摘要：本文根据当前的国家资源情况说明了在现代住宅建筑内进行自然采光设计的必要性, 随后对自然采光设计的原则进行分析, 并提出了自然采光设计的重点环节。

关键词：现代住宅,建筑设计,自然采光

参考文献