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1、建筑光学第八章建筑光学第八章 天然采光天然采光第1页，此课件共55页哦第2页，此课件共55页哦14-1 采光标准采光标准一、光气候一、光气候 （一）晴天（一）晴天 （二）全云天（二）全云天 （三）我国光气候概况（三）我国光气候概况二、采光标准二、采光标准第3页，此课件共55页哦一、光气侯一、光气侯：l光气侯：光气侯：指室外光线的变化和影响它变化的一些气象指室外光线的变化和影响它变化的一些气象因素。因素。l天然光的组成：天然光的组成：直接光直接光：太阳光穿过大气层式，一部分透过大气层达：太阳光穿过大气层式，一部分透过大气层达到地面，称为直接光。它形成的照度高，并具有一定到地面，称为直接光。它形成
2、的照度高，并具有一定的方向，在物体背后出现明显的阴影。的方向，在物体背后出现明显的阴影。天空扩散光天空扩散光：太阳光中一部分碰到大气层中空气分子、：太阳光中一部分碰到大气层中空气分子、灰尘、水蒸气等微粒，产生多次反射，形成天空扩散灰尘、水蒸气等微粒，产生多次反射，形成天空扩散光。它使天空具有一定亮度，这部分光形成的照度较光。它使天空具有一定亮度，这部分光形成的照度较低，没有一定方向，不能形成阴影。低，没有一定方向，不能形成阴影。第4页，此课件共55页哦（一）晴天：（一）晴天：（一）晴天：（一）晴天：l晴天晴天：指天空无云或很少云（云量占整：指天空无云或很少云（云量占整个天空面积的个天空面积的
3、以下）的天气。以下）的天气。l地面照度由太阳直射光和天空散射光地面照度由太阳直射光和天空散射光组成。组成。第5页，此课件共55页哦l全云天全云天：指天空全部为云所遮盖，看不见：指天空全部为云所遮盖，看不见太阳。太阳。l室外天然光全部为扩散光，物体后面无室外天然光全部为扩散光，物体后面无阴影。阴影。（二）全云天：（二）全云天：第6页，此课件共55页哦l从影响室外地面照度的主要因素来看：我国地域辽阔，从影响室外地面照度的主要因素来看：我国地域辽阔，同一时刻南北方的太阳高度角相差很大；从日照率看，同一时刻南北方的太阳高度角相差很大；从日照率看，由北、西北往东南方向逐渐减少，而以四川盆地一带由北、西北
4、往东南方向逐渐减少，而以四川盆地一带为最低；从云量看，大致时自北向南逐渐增多，新疆为最低；从云量看，大致时自北向南逐渐增多，新疆南部最少，华北、东北少，长江中下游较多，华南最南部最少，华北、东北少，长江中下游较多，华南最多，四川盆地特多；以云状看，南方以低云为主，向多，四川盆地特多；以云状看，南方以低云为主，向北逐渐以高、中云为主。这些特点说明，天然光照度北逐渐以高、中云为主。这些特点说明，天然光照度中，南方以天空扩散光照度较大，北方和西北以太阳中，南方以天空扩散光照度较大，北方和西北以太阳直射为主。直射为主。（三）我国光气侯概况：（三）我国光气侯概况：（三）我国光气侯概况：（三）我国光气侯概
5、况：第7页，此课件共55页哦二、采光标准：二、采光标准：1 1、采光系数、采光系数：室内某一点的天然光照度（室内某一点的天然光照度（）和同一时间的室外全云天水平面天然光照度（和同一时间的室外全云天水平面天然光照度（）的比值）的比值 。即。即第8页，此课件共55页哦2 2、采光系数标准值、采光系数标准值：经过对已建成建筑采光现状进行的现场调查，采光口的经济分经过对已建成建筑采光现状进行的现场调查，采光口的经济分析以及我国光气侯特征和国民经济发展等因素的分析，将视觉工作析以及我国光气侯特征和国民经济发展等因素的分析，将视觉工作分为分为 5 级，提出了各级视觉工作要求的天然光照度最低值级，提出了各级
6、视觉工作要求的天然光照度最低值为为 、。把室内天然光照度等于采光标准规定的最低值时的室外照度把室内天然光照度等于采光标准规定的最低值时的室外照度称为称为“临界照度临界照度”，也就是需要采用人工照明的室外照度极限值。，也就是需要采用人工照明的室外照度极限值。采光标准规定临界照度值为采光标准规定临界照度值为 ，四川、贵州等地适当，四川、贵州等地适当降为降为 。第9页，此课件共55页哦 确定临界照度标准值后就可将天然光照度最低值换算成采光确定临界照度标准值后就可将天然光照度最低值换算成采光系数最低值，如表系数最低值，如表14-114-1。第10页，此课件共55页哦可以通过采光口调整采光系数可以通过采
7、光口调整采光系数第11页，此课件共55页哦14-2 采光口采光口一、侧窗一、侧窗 （一）单侧窗（一）单侧窗 （二）双侧窗（二）双侧窗二、天窗二、天窗 （一）矩形天窗（一）矩形天窗 （二）锯齿形天窗（二）锯齿形天窗 （三）平天窗（三）平天窗 （四）横向天窗（四）横向天窗 （五）井式天窗（五）井式天窗 第12页，此课件共55页哦 l采光口采光口：为取得天然光，在房屋的外围护结构：为取得天然光，在房屋的外围护结构（墙、屋顶）上开了各种形式的洞口，装上各种（墙、屋顶）上开了各种形式的洞口，装上各种透明材料，如玻璃、有机玻璃等窗扇，以防护自透明材料，如玻璃、有机玻璃等窗扇，以防护自然界的各种侵袭（如风、
8、雨、雪等）。这些窗扇然界的各种侵袭（如风、雨、雪等）。这些窗扇的透明孔洞统称为的透明孔洞统称为“采光口采光口”。l按采光口位置，可分为侧窗和天窗；有的同时采按采光口位置，可分为侧窗和天窗；有的同时采用侧窗和天窗，称为混合采光。用侧窗和天窗，称为混合采光。第13页，此课件共55页哦一、侧窗：一、侧窗：l侧窗：在房间的一侧或两侧墙上开的窗，是最侧窗：在房间的一侧或两侧墙上开的窗，是最常见的一种采光形式。常见的一种采光形式。l优点：构造简单，布置方便，造价低廉，光线优点：构造简单，布置方便，造价低廉，光线具有强烈的方向性，有利于形成阴影，因此对具有强烈的方向性，有利于形成阴影，因此对观看立体物件特别
9、适宜，并可直接看到外界景观看立体物件特别适宜，并可直接看到外界景物，扩大视野，被普遍使用。物，扩大视野，被普遍使用。第14页，此课件共55页哦l应用：进深不大，仅有一面外墙的房间，普遍利用单侧应用：进深不大，仅有一面外墙的房间，普遍利用单侧窗采光。窗采光。l主要优点：光线自一侧投射，有显著的方向性，使人侧主要优点：光线自一侧投射，有显著的方向性，使人侧容貌和立体物件形成良好的光影造型。当工作位置与有容貌和立体物件形成良好的光影造型。当工作位置与有窗的外墙向垂直布置时，能幽香避免光幕反射和不舒适窗的外墙向垂直布置时，能幽香避免光幕反射和不舒适的眩光。的眩光。如图。如图。（一）单侧窗：（一）单侧窗
10、：（一）单侧窗：（一）单侧窗：第15页，此课件共55页哦l影响侧窗采光效果的因素：影响侧窗采光效果的因素：室内一定获得天空直射光数量是由该点透过窗子看室内一定获得天空直射光数量是由该点透过窗子看到的天空面积大小决定的，离窗子愈远，看到的天空面到的天空面积大小决定的，离窗子愈远，看到的天空面积愈小；积愈小；全阴天时，天顶要比地平线附近的天空亮得多；全阴天时，天顶要比地平线附近的天空亮得多；由窗子投射来的光线与受光面的夹角越大，照度越由窗子投射来的光线与受光面的夹角越大，照度越高，投射角越小，照度越小；高，投射角越小，照度越小；室外景物对天空视域的遮挡。室外景物对天空视域的遮挡。这些因素都造成侧窗
11、采光房间的昼光照度随离开窗子的这些因素都造成侧窗采光房间的昼光照度随离开窗子的距离而迅速降低，照度分布很不均匀。为由较好的采光距离而迅速降低，照度分布很不均匀。为由较好的采光均匀度，单侧采光房间的进深一般不超过窗上沿高度的均匀度，单侧采光房间的进深一般不超过窗上沿高度的2 25 5倍为宜。倍为宜。第16页，此课件共55页哦l几种常用的侧窗形式：几种常用的侧窗形式：第17页，此课件共55页哦l在相对两面侧墙开窗能将采光进深加在相对两面侧墙开窗能将采光进深加倍，同时缓和实墙与窗洞间的亮度对倍，同时缓和实墙与窗洞间的亮度对比。相邻两面墙上都开侧窗，在缓和比。相邻两面墙上都开侧窗，在缓和墙与窗的对比上
12、效果更显著，但采光墙与窗的对比上效果更显著，但采光进深增加有限。进深增加有限。（二）双侧窗：（二）双侧窗：第18页，此课件共55页哦二、天窗：二、天窗：l天窗是在屋顶上开窗。天窗一般可分为矩形天窗、锯齿天窗是在屋顶上开窗。天窗一般可分为矩形天窗、锯齿形天窗、平天窗、横向天窗和井式天窗。形天窗、平天窗、横向天窗和井式天窗。（一）矩形天窗：（一）矩形天窗：（一）矩形天窗：（一）矩形天窗：l应用于单层工业厂应用于单层工业厂房。如图。房。如图。l特点：采光效率特点：采光效率最低，但眩光小，最低，但眩光小，便于组织自然通便于组织自然通风。风。第19页，此课件共55页哦（二）锯齿形天窗：（二）锯齿形天窗：
13、（二）锯齿形天窗：（二）锯齿形天窗：l特点：屋顶倾斜，可以充分特点：屋顶倾斜，可以充分利用顶棚的反射光，采光效利用顶棚的反射光，采光效率比矩形天窗约高率比矩形天窗约高 。当窗口朝北布置时，完全。当窗口朝北布置时，完全接受北向天空漫射光，光线接受北向天空漫射光，光线稳定，直射日光不会照进室稳定，直射日光不会照进室内，因此减小了室内温湿度内，因此减小了室内温湿度的波动及眩光。的波动及眩光。l为减小多跨大面积锯齿形天为减小多跨大面积锯齿形天窗单方向进光的方向性强的窗单方向进光的方向性强的特点，应尽量提高顶棚反射特点，应尽量提高顶棚反射率并选择正确的布置方式。率并选择正确的布置方式。第20页，此课件共
14、55页哦（三）平天窗：（三）平天窗：（三）平天窗：（三）平天窗：l平天窗施工方便，造价低，仅为矩形天窗平天窗施工方便，造价低，仅为矩形天窗 的的 。l平天窗在水平面的投影面积较同样面积的平天窗在水平面的投影面积较同样面积的垂直窗的投影面积大，如图垂直窗的投影面积大，如图14-614-6。第21页，此课件共55页哦l平天窗布置灵活，照度易于达到均匀。如图平天窗布置灵活，照度易于达到均匀。如图14-714-7。第22页，此课件共55页哦l平天窗有多种做法，可用于多种屋面。如图平天窗有多种做法，可用于多种屋面。如图14-814-8。第23页，此课件共55页哦l考虑到采光和通风，通风孔和采光口综合考虑
15、，有的考虑到采光和通风，通风孔和采光口综合考虑，有的作成通风采光合用窗，如图。作成通风采光合用窗，如图。l平天窗的污染情况。平天窗的污染情况。l平天窗易产生眩光和过热现象需采取措施避免。平天窗易产生眩光和过热现象需采取措施避免。l平天窗在北方寒冷地区要有防凝水措施。平天窗在北方寒冷地区要有防凝水措施。第24页，此课件共55页哦（四）横向天窗：（四）横向天窗：（四）横向天窗：（四）横向天窗：l结构特点如图结构特点如图14-1114-11。第25页，此课件共55页哦（五）井式天窗：（五）井式天窗：（五）井式天窗：（五）井式天窗：l井式天窗为通风上的要求，只在屋架的局部作成开口，井式天窗为通风上的要
16、求，只在屋架的局部作成开口，使进口较小，起抽风作用。主要用于热车间。使进口较小，起抽风作用。主要用于热车间。第26页，此课件共55页哦14-3 采光设计采光设计一、了解设计对象的采光等要求（资料收集）一、了解设计对象的采光等要求（资料收集）（一）采光要求（一）采光要求 （二）其它要求（二）其它要求二、选择采光口的形式二、选择采光口的形式三、确定采光口位置三、确定采光口位置四、估计采光口尺寸四、估计采光口尺寸第27页，此课件共55页哦一、了解设计对象的采光等要求（资料收集）一、了解设计对象的采光等要求（资料收集）（一）采光要求：（一）采光要求：（一）采光要求：（一）采光要求：1 1。车间的工作特
17、点和精密度。车间的工作特点和精密度。不同的工作特点和所要求的精密度对室内照度的要不同的工作特点和所要求的精密度对室内照度的要求也不相同，应根据这两个因素确定室内照度和窗地比。求也不相同，应根据这两个因素确定室内照度和窗地比。我国对视觉工作分级及窗地比的规定见表我国对视觉工作分级及窗地比的规定见表14-214-2、14-314-3、14-414-4、14-514-5。第28页，此课件共55页哦第29页，此课件共55页哦第30页，此课件共55页哦第31页，此课件共55页哦第32页，此课件共55页哦第33页，此课件共55页哦2 2。工作面的位置。工作面的位置。工作面有水平、垂直和倾斜之分，窗的形式和
18、位置的选工作面有水平、垂直和倾斜之分，窗的形式和位置的选择应与之适应。不同的工作面位置，采光系数的计算方法也择应与之适应。不同的工作面位置，采光系数的计算方法也不同。不同。3 3。工作对象的表面状况。工作对象的表面状况。工作对象表面是平面的还是立体的，是光滑的还是粗糙工作对象表面是平面的还是立体的，是光滑的还是粗糙的，都影响窗形状和窗位置的确定。的，都影响窗形状和窗位置的确定。4 4。工作中是否允许直射阳光进入。工作中是否允许直射阳光进入。直射阳光可能会引起眩光或过热，应在窗口的选型、朝向和材料直射阳光可能会引起眩光或过热，应在窗口的选型、朝向和材料等方面考虑。等方面考虑。5 5。工作区域。工
19、作区域。要考虑各工作区对采光的不同要求。要考虑各工作区对采光的不同要求。第34页，此课件共55页哦1 1。通风要求。通风要求。采光与通风，谁是主要矛盾，应依照房屋的性质而定。采光与通风，谁是主要矛盾，应依照房屋的性质而定。2 2。绝热要求。绝热要求。应适当控制窗口面积，避免盲目开大窗。应适当控制窗口面积，避免盲目开大窗。3 3。泻爆要求。泻爆要求。易引起爆炸危险的建筑，应设置大面积泻爆窗，从窗的面积和易引起爆炸危险的建筑，应设置大面积泻爆窗，从窗的面积和构造处理上解决减压问题，以减低爆炸压力，保证结构安全。构造处理上解决减压问题，以减低爆炸压力，保证结构安全。4 4。立面要求。立面要求。窗的形
20、式与尺度直接关系到建筑的立面造型。窗的形式与尺度直接关系到建筑的立面造型。5 5。经济要求。经济要求。不同形式的窗，其造价不相同，增大面积必增加造价。因此，不同形式的窗，其造价不相同，增大面积必增加造价。因此，应考虑适当限制窗面积。应考虑适当限制窗面积。（二）其它要求：（二）其它要求：（二）其它要求：（二）其它要求：第35页，此课件共55页哦二、选择采光口的形式二、选择采光口的形式l基本原则基本原则：以设置侧窗为主，天窗给予补充。：以设置侧窗为主，天窗给予补充。三、确定采光口位置三、确定采光口位置l对于侧窗对于侧窗：往往将其设置在南北向的侧墙上，即窗口：往往将其设置在南北向的侧墙上，即窗口对南
21、或北。对南或北。l对于天窗对于天窗：应根据车间的形式与相邻车间的关系确定天窗的位：应根据车间的形式与相邻车间的关系确定天窗的位置及大致尺寸。置及大致尺寸。四、估算采光口尺寸四、估算采光口尺寸l根据车间视觉工作分级和拟定的采光口形式和位置，即可进根据车间视觉工作分级和拟定的采光口形式和位置，即可进行采光口面积的估算工作。即根据窗地比来确定。行采光口面积的估算工作。即根据窗地比来确定。第36页，此课件共55页哦14-4 采光计算采光计算一、确定采光计算中需要的数据一、确定采光计算中需要的数据 二、计算步骤及方法二、计算步骤及方法第37页，此课件共55页哦l采光计算的目的：采光计算的目的：验证本设计
22、是否符合采光标准验证本设计是否符合采光标准中规定的各项指标。中规定的各项指标。l采光计算的方法：采光计算的方法：利用公式计算，利用特别制定利用公式计算，利用特别制定的图表计算。的图表计算。l国家采光标准推荐的方法：国家采光标准推荐的方法：利用图表，按房间的利用图表，按房间的窗地比直接查出采光系数最低值；也可按采光标窗地比直接查出采光系数最低值；也可按采光标准规定的采光系数值，求出需要的窗地比。准规定的采光系数值，求出需要的窗地比。第38页，此课件共55页哦一、确定采光计算中需要的数据一、确定采光计算中需要的数据l采光计算中需要的数据主要有：采光计算中需要的数据主要有：车间尺寸；车间尺寸；采光口
23、材料及厚度；采光口材料及厚度；承重结构形式及材料；承重结构形式及材料；表面污染程度；表面污染程度；室内表面反光程度。室内表面反光程度。第39页，此课件共55页哦二、计算步骤及方法二、计算步骤及方法（一）侧窗采光计算：（一）侧窗采光计算：（一）侧窗采光计算：（一）侧窗采光计算：l按采光标准规定，侧窗的采光系数最低值设计值按采光标准规定，侧窗的采光系数最低值设计值为：为：带形窗洞的采光系数最低值；带形窗洞的采光系数最低值；考虑窗间墙挡光影响的窗宽系数；考虑窗间墙挡光影响的窗宽系数；窗的总透光系数；窗的总透光系数；室内反射光增量系数；室内反射光增量系数；室外遮挡物遮挡系数。室外遮挡物遮挡系数。第40
24、页，此课件共55页哦1 1。带形窗洞的采光系数最低值。带形窗洞的采光系数最低值l考虑在全云天考虑在全云天空时带形侧窗空时带形侧窗窗洞的采光系窗洞的采光系数。如图数。如图14-14-1414。第41页，此课件共55页哦l图图14-1514-15计算图例。图中计算图例。图中P点为采光系数最低值点为采光系数最低值 的计的计算，它由不同剖面形式所决定。算，它由不同剖面形式所决定。第42页，此课件共55页哦l由于图由于图14-1414-14所给的所给的 值是按窗下沿和工作面处于值是按窗下沿和工作面处于同一水平时的情况作出的，若窗下沿高于工作面时同一水平时的情况作出的，若窗下沿高于工作面时（如图（如图14
25、-1514-15（c c）中的高侧窗）中的高侧窗），应按，应按 查查 出出 值，然后按值，然后按 查出查出 值，此时高窗所形成的值，此时高窗所形成的l若窗外设有较大的水平挑檐或遮阳板，如图若窗外设有较大的水平挑檐或遮阳板，如图14-14-1515（a a），这时的实际这时的实际 应按挑檐外沿至应按挑檐外沿至 点连线点连线以下的高度计算。以下的高度计算。第43页，此课件共55页哦2 2。窗宽系数。窗宽系数l实验得知：它是该墙面上得总窗宽实验得知：它是该墙面上得总窗宽 和墙面总和墙面总长度长度 的比值，即的比值，即3 3。室内反射光增量系数。室内反射光增量系数l由于室内各表面的反光系数不同，一般用
26、反光系数平由于室内各表面的反光系数不同，一般用反光系数平均值均值 代表整个房间的反光程度，求法如下：代表整个房间的反光程度，求法如下：分别为天棚、墙面、地面及窗口的反光系数。其中分别为天棚、墙面、地面及窗口的反光系数。其中 可取可取 计算。计算。为天棚、墙面、地面及窗口的表面积。为天棚、墙面、地面及窗口的表面积。第44页，此课件共55页哦l实验表明，实验表明，值与值与 、房间尺度（即房间进深、房间尺度（即房间进深 和窗高和窗高 之比）、有否内墙存在等因素有关，具之比）、有否内墙存在等因素有关，具体值见表体值见表14-614-6。第45页，此课件共55页哦l不同材料窗框的断面大小不同，窗玻璃的层
27、数、品种、不同材料窗框的断面大小不同，窗玻璃的层数、品种、环境的污染也不一样。综合考虑这些影响因素，环境的污染也不一样。综合考虑这些影响因素，的值为的值为4 4。窗的总透光系数。窗的总透光系数 为玻璃为玻璃透光系数，透光系数，查表查表13-213-2。第46页，此课件共55页哦 为窗结构透光系数，它考虑窗框材料和窗框层数等对采为窗结构透光系数，它考虑窗框材料和窗框层数等对采光的影响，其值可由表光的影响，其值可由表14-714-7查出。查出。为玻璃污染系数，它考虑室内外环境对窗玻璃的污染影为玻璃污染系数，它考虑室内外环境对窗玻璃的污染影响，现按每年打扫响，现按每年打扫1-21-2次考虑，具体数值
28、见表次考虑，具体数值见表4-84-8。第47页，此课件共55页哦5 5。室外遮挡系数。室外遮挡系数l根据试验，遮挡程度与对面遮挡物的平均高度根据试验，遮挡程度与对面遮挡物的平均高度 （从计算工作面算起）、遮挡物至窗口的距离（从计算工作面算起）、遮挡物至窗口的距离 、窗高、窗高 以及计算点以及计算点至窗口的距离以及计算点以及计算点至窗口的距离 等尺寸有关，具体值见表等尺寸有关，具体值见表14-914-9。第48页，此课件共55页哦（二）天窗采光计算：（二）天窗采光计算：（二）天窗采光计算：（二）天窗采光计算：l按采光标准规定，天窗的采光系数最低值为：按采光标准规定，天窗的采光系数最低值为：带形窗
29、洞的采光系数最低值；带形窗洞的采光系数最低值；高跨比修正系数；高跨比修正系数；窗的总透光系数；窗的总透光系数；室内反射光增量系数；室内反射光增量系数；第49页，此课件共55页哦1 1。窗洞采光系数。窗洞采光系数l具体值查图具体值查图14-1614-16。是实验结果。是实验结果。第50页，此课件共55页哦l实验表明，利用天窗采光的车间内，采光一般都比较均实验表明，利用天窗采光的车间内，采光一般都比较均匀，即多数点接近于平均值水平，故可用最低值和平均匀，即多数点接近于平均值水平，故可用最低值和平均值的比（值的比（）衡量采光均匀度。）衡量采光均匀度。当天窗间距当天窗间距等于或小于窗下沿至工作面高度的
30、等于或小于窗下沿至工作面高度的2 2倍时（倍时（），可保证获得），可保证获得 的均匀度。通的均匀度。通过这个比值就可将平均值换算成最低值，以适应采光标过这个比值就可将平均值换算成最低值，以适应采光标准按最低值制定的要求。准按最低值制定的要求。第51页，此课件共55页哦2 2。高跨比修正系数。高跨比修正系数l由实验知，在窗地比相同时，不同高跨比会得出由实验知，在窗地比相同时，不同高跨比会得出不同得采光系数值。图不同得采光系数值。图14-1614-16中数值是按中数值是按 得出。当高跨比不是得出。当高跨比不是0.50.5时，就应引入高跨比修正，时，就应引入高跨比修正，其值见表其值见表14-1014-10。第52页，此课件共55页哦3 3。室内反射光增量系数。室内反射光增量系数l根据室内表面平均系数根据室内表面平均系数 和天窗形式，和天窗形式，从表从表14-1114-11中查中查出。出。第53页，此课件共55页哦l与侧窗相比，天窗多一个屋架承重结构得挡光影响，故与侧窗相比，天窗多一个屋架承重结构得挡光影响，故在天窗透光系数中增添一屋架承重结构透光系数在天窗透光系数中增添一屋架承重结构透光系数 ，其值见表。天窗得总透光系数为，其值见表。天窗得总透光系数为4 4。窗的总透光系数。窗的总透光系数第54页，此课件共55页哦第55页，此课件共55页哦