3 基本规定

3.0.1 采光标准的数量评价指标以采光系数C表示。因为室外天然光受各种气象条件的影响,在一天中的变化很大,因而影响室内光线的变化,通常采用采光系数这一相对值来评价采光效果较为合适。目前国际上一般也采用此系数来评价采光。

3.0.2 本标准对采光系数标准值和室内天然光照度标准值进行了规定。
    1 采光系数标准值:原标准中侧面采光以采光系数最低值作为标准值,顶部采光采用平均值作为标准值;本标准中统一采用采光系数平均值作为标准值。采用采光系数平均值,不仅能反映出工作场所采光状况的平均水平,也更方便理解和使用。从国内外的研究成果也证明了采用采光系数平均值和平均照度值更加合理。
    2 室内天然光照度标准值:在采用采光系数作为采光评价指标的同时,还给出了相应的室内天然光照度值,这样一方面可与视觉工作所需要的照度值相联系,而且还便于和照明标准规定的照度值进行比较。在已知工作场所采光系数标准值的情况下,可根据室外天然光设计照度值求得室内室内天然光照度标准值,室外天然光设计照度值是根据我国的光气候状况,考虑到天然光利用的合理性,以及与照明标准的协调性确定的室外设计照度值。

3.0.3 本条按场所的采光等级、规定了各级相应的采光系数标准值和室内天然光照度值。
    一、采光等级的确定
    场所使用功能要求越高,说明视觉作业需要识别对象的尺寸就越小。由天然光视觉试验得出,随着识别对象尺寸的减小,能看清识别对象所需要的照度增大,即工作越精细,需要的照度越高(图1)。

图1 视角、照度关系曲线

    此外,由于采光口的大小和位置受建筑条件的限制,不能随使用功能任意变化。采光等级不可能分得过细,与照明标准相比较,将级数减少,这样既符合使用功能的特征,也适应天然采光的建筑条件。
    采用采光系数平均值作为采光系数标准值,编制组基于北京标准全阴天条件,利用Radiance软件进行模拟计算。取房间净高2.5\4.5\6.5m,进深4.8\5.4\6.0\7.2\8.4\9.0m,对18种房间的9种开窗方式进行模拟,共计162个模拟情况,以验证采光系数平均值的优点及其可行性。
    其中我们提取某一房间进行了相关几何参数与采光系数的深入比较分析。该房间进深7.2m、净高4.5m、玻璃透光比0.737,室内地面反射比为0.2,墙面0.5,屋顶0.8,窗下沿高0.9m,工作面高0.8m,对应9种开窗方式的计算结果如表1所示。

表1 标准全阴天窗地比与采光系数计算结果

    本研究与澳大利亚同类研究进行比较,研究结论相似,窗地比与采光系数平均值(Cave)呈近似线性关系,采光系数最低值(Cmin)与窗地比无线性关系如图2所示。
    根据上述研究得出如下结论:
    1 对于标准全阴天,真正对应建筑师采光方案合理性的判定是平均照度,其与窗地比存在近似的线性关系,不同形状的房间也因此对应不同的合理窗地比。用采光系数平均值作为标准值既能反映一个工作场所总的采光状况,又能将采光系数与窗地面积比直接联系在一起。采用采光系数平均值和平均照度作为标准值是合理的。
    2 采用采光系数平均值和平均照度将计算和评定侧窗采光和天窗采光的参数相统一,方便二者之间的综合比较和对接。
    3 采用采光系数平均值和平均照度同时方便结合照明标准及节能标准的相关参数,为统一考虑采光均匀度和照明均匀度提供了可能。


图2 窗地面积比与平均照度关系曲线(澳大利亚)

    二、采光系数标准值的确定
    顶部采光原标准就是采用的采光系数平均值,已经过多方论证标准值的确定依据充分,只是考虑到当前一些遮阳材料的使用和建筑遮挡的日趋严重,对其采光系数标准值作了些调整,调整后的室内天然光照度值与照明标准的照度值基本一致。
    侧面采光采用采光系数平均值作为标准值,确定各采光等级的采光系数标准值除参照原标准的实测调查和补充调研以外,编制组还重点对办公室、学校教室以及住宅中的起居室(厅)、卧室、厨房进行了实测验证(数据已列入相应部分的实测调查表中)。在原标准实测的135个工作场所的结果表明(表2):合格者91个,占总数的67%,不合格者占33%。不合格的原因多数为室外环境的遮挡或室内污染和高大设备的遮挡,少数是属于窗地面积比不够。说明原标准的采光系数标准值是能够达到的,窗地面积比的规定也是合理的。

表2 135个作业场所实测汇总表

    编制组为了制定以采光系数平均值为评定基础的新版采光标准值,针对常规几何尺寸的房间参考平面高度的采光系数平均值进行了大量的数据模拟和分析论证。所获取数据包括不同进深(4.5~16.8m)、不同层高(2.2~11.8m)以及不同开间/进深比(0.6、1、1.5)的多种房间尺寸中的9种开窗情况所对应的采光系数平均值,其中,原始模拟模型包括69种房间尺寸,每种房间针对9种开窗方式(窗高系数0.2、0.4、0.6;窗宽系数0.5、0.7、0.9排列组合)进行模拟计算,共获得原始模拟模型621个。随后利用线性插值和公式辅助推导等方法扩充至1800例不同情况下的采光系数平均值。
    利用采光标准中各采光等级对应的窗地面积比,编制组以这1800例数据为基础,提取不同窗地面积比所对应的采光系数,统计出各等级窗地面积比所对应的标准值。同时,编制组在原始统计结果的基础上,考虑一般情况下玻璃洁净度以及窗框挡光因素,对原始数据进行了折减计算,将原始数据分别乘以折减系数0.675(窗污染系数0.9乘以窗结构挡光系数0.75),室外遮挡系数0.8(按常规的建筑日照间距折算),最终计算结果如表3所示。

表3 采光系数平均值计算结果

    本标准侧面采光各采光等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ对应的采光系数平均值分别为5、4、3、2、1(%),相当于模拟计算数值取整的结果。
    综合以上实测和计算结果,确定了侧面采光的采光系数平均值(取整数)。分析各级的采光系数标准值可以得出以下结论:随着采光等级的提高,侧面采光和顶部采光的采光系数标准值越来越接近,这是因为窗地面积比不同,采光区的有效进深会不同,在窗地面积比小时,有效进深大,采光均匀度差,侧面采光和顶部采光的采光系数标准值相差较大,随着窗地面积比的增大,采光有效进深减少,采光均匀度提高,采光系数标准值也就越来越接近。
    三、室内天然光照度标准值的确定
    在制订采光标准时,除了考虑视觉工作对光的最低需求外,还应考虑连续、长时间视觉工作的需要,以及工作效率和视觉舒适等因素。结合室外天然光状况,将室外临界照度值提高到室外设计照度值15 000lx,顶部采光各采光等级的室内天然光照度值分别为750、450、300、150、75(lx),与照明标准相比较,各工作场所对应的天然光照度值基本上与照明标准值相一致。视觉实验还表明,天然光优于人工光,天然光即使略低于人工照明照度值,也能满足视觉工作的要求。
    美国提出替代采光系数的可利用天然光照度值:100lx~2000lx为合适照度,小于100lx为不足照度,大于2000lx为照度过高。考虑到夏天太阳辐射对室内产生的过热影响以及由此引起的不舒适眩光,规定了采光标准的上限值,即采光系数7%。北美LEED 2009选项2:在晴天空条件下,9月21日上午9点和下午3点时的天然光照度值最大不能超过5000lx,说明并非采光越多越好,认为100lx~2000lx为合适照度,大于2000lx为照度过高。

3.0.4 我国地域广大,天然光状况相差甚远,若以相同的采光系数规定采光标准不尽合理,在室外取相同的临界照度时我国天然光丰富区较之天然光不足区全年室外平均总照度相差约为50%。为了充分利用天然光资源,取得更多的利用时数,对不同的光气候区应取不同的室外设计照度,即在保证一定室内照度的情况下,各地区规定不同的采光系数。
    本标准的光气候分区和系数值是根据我国近30年的气象资料取得的273个站的年平均总照度制定的,见表4。

表4 不同光气候区的天然光利用时数

    室外设计照度值的确定:将Ⅲ类光气候区的室外设计照度值定为15 000lx,根据这一照度和采光系数标准值换算出来的室内天然光照度值与人工照明的照度值相对应,只要满足这些照度值,工作场所就可以全部利用天然光照明,又根据我国天然光资源分布情况(表4),全年天然光利用时数可达8.5个小时以上。按每天平均利用8h确定设计照度,Ⅲ类区室外设计照度取值为15 000lx,其余各区的室外设计照度分别为18 000lx、16 500lx、13 500lx、12 000lx。按室外临界照度5000lx计算,每天平均天然光利用时数约10个小时。室外设计照度15 000lx和室外临界照度5000lx之间,是部分采光的时段,需要补充人工照明,临界照度5000lx以下则需要全部采用人工照明。

3.0.5 Ⅰ级视觉工作的房间,常为多层建筑,用侧窗采光,开窗面积往往受到层高的限制。有的房间的生产工艺要求恒温、恒湿和防尘,采光口也不宜过大,从而使采光系数达不到规定的标准值,Ⅱ级视觉工作也有一部分房间因某些条件的限制使采光系数达不到标准值。而且Ⅱ级视觉工作的房间数量较多,考虑到经济合理,采光系数标准值可降低到Ⅲ级。但因采光系数降低所减少的天然光照度应用人工照明补充。根据《室内照明指南》CIE出版物No.29.2的推荐,补充的数量为天然采光和人工照明形成的总照度不宜超过原等级规定的照度标准值的1.5倍。
    根据美国的节能标准和我国建筑节能标准的规定,为了防止室内过热、能耗过大,对窗墙比均有详细的规定,所以Ⅰ 、Ⅱ采光等级的房间一般来说只适用于对采光有特殊要求的房间和区域,如对颜色要求的精细检验、工艺品雕刻、刺绣、绘画等。

3.0.6 根据对现有建筑采光的实际调查结果表明,多数房间开窗面积并不小,但采光条件差,其主要原因是,对采光口未进行定期的擦洗和维修,以致窗玻璃污染严重,透光率很低,个别房间的窗子甚至不透光,以致很大的采光面积仍不能满足采光要求,白天都要开灯工作,浪费电能,影响视力健康。以北京地区为例,某车间采用矩形天窗,窗地比为1:4.2,按计算应达到的采光系数为2.5%。由于污染等原因,实际只有0.61%,全年天然光利用时数大为减少,白天大部分时间需要开灯工作。这种浪费电现象如不克服并作适当规定,是不合理的。根据对车间污染的实验和调查得出的窗玻璃污染折减系数,是按6个月擦洗一次确定的,证明适时擦窗是必要的。
    在调查中还发现,有的单位虽对窗也进行维修和擦洗,但由于缺少必要的设备和有效方法,工作效率很低,而且不安全。因此,在设计中应考虑设置相应的设备,以保证擦洗的方便和安全,尽可能地为擦窗和维修创造便利的条件。
    导光管系统的透光折减系数是参照《建筑外窗采光性能分级及检测方法》GB/T 11976在实验室中测试得到的,反映的是在漫射光条件下导光管系统的采光效率。由于导光管系统的采光效率受日光入射方向的影响较大,在精确模拟时,可通过实测或软件模拟获得其他入射条件下导光管的系统效率。

3.0.7 为了检验采光设计的实际效果,需要在工程竣工后,或在使用期内进行现场实测。在同一房间内,采用不同的实测方法或在不同的天空条件下进行采光系数测定,其结果差别很大。因此需统一实测方法,便于对实测数据进行分析比较。实测方法可按现行国家标准执行。