旅館建筑采光設計方案

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隨著科技的飛速發展和經濟建設的高速推進，能源和環境問題愈發引人關注，也促發了建筑學院校對建筑發展模式的進一步反思[1]。與國外該領域的發展情況相比較，我國生態建筑教學研究尚處于起步階段。盡管許多院校意識到生態、節能教育的重要性，并已逐步開展有效的探索與實踐，但與國外系統化的生態建筑教育體系相比，無論從理念、方法，還是從效果及影響力等方面來看，均相對滯后，有待進一步深入研究及探索。建筑學專業學生的特點在于使用藝術化的手段來美化其設計，重視圖面的工作，由于傳統建筑教育模式中生態節能環節的缺失，學生易忽視建筑在適用過程中存在的節能問題。大多數普通建筑院校的畢業生在缺乏相關知識的狀態下去設計節能建筑，難以承擔生態節能建筑的設計任務，建筑教育與社會需求正在逐漸脫節。對此，筆者以大學本科的旅館建筑課程設計方案為例通過采光模擬分析軟件PKPM-Daylight，以室內采光系數作為評價指標，對該建筑設計方案的采光進行分析和評價，希望能揭示本科生建筑方案設計時容易存在的問題。

1模擬軟件的選擇

PKPM綠色建筑系列軟件，是由中國建筑科學研究院、建研科技股份有限公司獨立自主研發，配套我國綠色建筑評價標準的綠色建筑設計、性能模擬系列軟件產品；PKPM綠色建筑系列軟件產品包括綠色建筑方案軟件GBS、建筑采光模擬分析軟件PKPM-Daylight、建筑風環境模擬分析軟件PKPM-CFD、建筑能耗模擬分析軟件PKPM-Energy、建筑日照模擬分析軟件PKPM-Sunlight、建筑聲環境模擬分析軟件PKPM-Sound、太陽能熱水建筑一體化軟件PKPM-Solar等10款專業設計分析軟件。產品基于BIM平臺開發，緊密貼合國家、地方、行業標準規范，能夠快速、有效指導設計師開展綠色建筑設計與評價工作，一經推出，迅速成為行業最主流的綠色建筑軟件產品。本研究選用的軟件為PKPM綠色建筑系列的采光模擬分析軟件PKPM-Daylight，主要有以下考慮：首先，PKPM綠色建筑系列軟件與我國綠建評價標準相配套，是業界認可的專業軟件之一，基于此，文章假設PKPM-Daylight可以較為準確地模擬所涉及建筑的室內采光分布；其次，相比其他軟件如Ecotect，PKPM綠色建筑系列軟件相對更容易掌握。

2模擬分析

2.1分析原理、方法和指標。PKPM-Daylight軟件中針對天然采光的評價標準依據主要為《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2014和《建筑采光設計標準》GB50033-2013。依據《建筑采光設計標準》GB50033-2013規定[2]，采光系數是基于全陰天模型，全陰天即天空全部被云層遮蔽的天氣，此時室外天然光均為天空擴散光，其天空亮度分布相對穩定，天頂亮度為地平線附近亮度的三倍。本次模擬使用PKPM建筑天然采光模擬分析軟件進行建模和室內采光計算，分析判斷室內主要功能空間的采光效果是否達到《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2014和《建筑采光設計標準》GB50033-2013的要求。對于采光系數的計算，軟件采用逐點照度模擬計算法。即對建筑模型每個房間的距地面0.75米高度處的水平面按一定精度劃分為多個網格，設置室內材質、外部遮擋建筑物等影響采光的基本條件參數，通過調用美國Radiance計算內核，利用蒙特卡洛算法優化的反向光線追蹤算法，對每一個網格取一點進行迭代照度計算。算出的照度值En與室外照度Ew的比值百分比即為該點的采光系數計算值。2.2建筑概括及模型建立。基地位于陜西省安康市，總建筑面積6000m2的旅館建筑，朝向為南，建筑層數為三層。主要房間面寬3.8m、進深8.1m，窗戶尺寸為2.1m×2.4m。光氣候區屬于Ⅳ區，光氣候系數K值為1.10，室外天然光設計照度值Es為13500.0lx。根據《建筑采光設計標準》GB50033-2013，側面采光的客房采光系數標準值現值為2.2%。在建立模型時,首先需要根據研究的需要對模型進行適當的簡化，以光學分析為主要目的，而非追求視覺效果，這與過于追求渲染效果的三維計算機建模不一樣[3]。細致入微的模型可以產生視覺上的真實感，但對其光學計算分析的影響可能卻微乎其微；另一方面，模型越細致，電腦的運算量也會越大，速度會減慢很多，甚至有可能無法運算。根據《建筑采光設計標準》GB50033-2013，對于公共建筑，非功能空間包括走廊、核心筒、衛生間、電梯間、特殊功能房間，其余的為功能房間。故將房間的非功能房間包括走廊、衛生間、電梯間等在參數設置時統一按走廊設置。2.3參數設置。應用PKPM-Daylight模擬分析，除需要建立準確合適的空間模型外，還必須設置合理的控制參數。這些參數影響模擬的時間和精度，它們包括材料參數的選定及模擬精度控制參數的選擇。由于本次建筑是課程設計方案而非實際項目，方案內容并未深入至材料，故對于材料的參數選定是從軟件的材質庫中選擇。本次模擬設定門窗污染程度為“一般”；玻璃的構造為12mm透明玻璃，可見光透射比為0.72，可見光反射比為0.08，擋光折減系數為0.70；圍護結構內飾面材料設置為墻面使用白色乳膠漆（反射比0.84），頂棚材料設置為水泥砂漿抹面（反射比0.32），地面材料使用白色瓷釉面磚（反射比0.80）。計算方法采取綠色建筑逐點模擬法。在模擬運算時，需要確定網格的劃分，網格劃分的間距影響著計算分析的速度以及精度。為了減少計算的時間和保證模擬的準確性，網格劃分選用0.5m的間距，選取墻與網格的間隔為0.5m，以旅館第三層作為分析對象。2.4模擬結果分析。由于內天井的設置，內區面積過小，這里只對外區進行分析。對以上模型進行模擬分析，結果如圖2圖3可以看出由于天井的存在，內部走廊區域采光較好，但是客房的采光效果較差，基本難以滿足采光要求。統計計算結果，三層客房的平均采光系數為最大的客房為2.0%，最低的為1.0%，平均每間客房的平均采光系數為1.2%，要低于其限制2.2%；外區計算面積達標比例最大的客房為46.40%，最低的為12.40%，平均每間客房的達標比例僅為18.87%。

3優化對比

為此，筆者選取三層西北角的四間客房進行優化對比分析。客房1：對客房增加窗的大小，從將窗的尺寸從2.1m×2.4m增加至3.3m×2.7m并降低客房進深至6.6m；客房2：將客房降低進深至6.6m；客房3：將客房窗的大小從2.1m×2.4m增加至3.3m×*2.7m；客房4：不做處理。模擬結果如表1和表2所示，可以看出客房1由于增大了窗的尺寸和降低了房間進深，使得房間采光達標面積比例從30.00%增加至57.30%，從這一客房來說已經接近綠色建筑評分時60%≤RA<65%得3分的要求；客房2達標面積從15.84%增至33.40%，增加了17.64%；客房3從23.80%增加至27.30%，只增加了3.50%。分析以上結果可以看出，該建筑在方案設計時8.1m的進深對于客房采光的影響是較大的，而且增加窗戶的面積對于增加室內采光也有一定作用。

本文通過對本科生旅館建筑設計方案的進行采光分析，反映了學生在學習過程中容易存在的忽視建筑技術方面的問題。學生在建筑方案設計的過程中，對于建筑的塑造除了功能、空間的要求外，還應注重建筑的采光、通風等方面，與建筑設計的結合，盡量避免出現類似于過大進深及不合理床底面積比而產生的采光不達標等問題。

參考文獻：

[1]劉長安,仝暉,周琮.以生態建筑學為導向的建筑教育模式研究——山東建筑大學生態建筑學教學實踐[J].山東建筑大學學報,2012,05:539-542.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB/T50033—2013建筑采光設計標準[S].北京:中國建筑工業出版社,2013.

[3]尤偉,吳蔚.淺探運用Radiance模擬天然采光[J].照明工程學報,2008,01:25-32.

作者:徐沁韻 徐誠 單位:西安建筑科技大學