摘要:笔者以钱塘江江流域某小型生态办公楼为例，从办公楼建筑的发展角度，结合国外的典型生态办公楼设计，促进其发展的必要途径就是生态节能技术在建筑中的利用。实测结果同时也反映出合理的遮阳控制方式直接决定了采光设计理念的工程效果。
关键词:自然采光顶部采光现场实测侧面采光
Abstract: based on a small river basins qiantang river ecological office building, for example, from the development of the office building Angle, combining foreign typical ecological office building design, and promoting the development of ecologic energy saving technology approach is necessary in construction use. The measured results and also reflects the reasonable sunshade control method directly determine the design concept of lighting engineering effect.
Keywords: natural lighting roof glazing the field measured side lighting
中图分类号：TU113.5+4文献标识码：A 文章编号：
引言
现有办公建筑主要的采光手段主要是侧面采光，面对主流化的大进深的大开间式办公区设计，室内较大进深处采光不足是无可回避的问题。目前采用人工照明成为大进深办公建筑弥补采光不足的主要手段，也有采用光导纤维等新材料的设计思潮[1-2]，但因成本较高而不利普及。
一、办公楼自然采光方式
1.1 本办公楼位于长三角地区，属于夏热冬冷气候区，在设计规划初始运用了挖土回填等多项节地节水技术。总面积656 多平方米，建筑南向采用了坡屋顶结构，在北侧分为上下两层。建筑南向以矮隔板划分为三个办公区域，但上部空间保持连通，北向主要为库房等辅助性区域。结构模型如图1。
图1 建筑结构模型
为了提升侧面采光的效果，同时充分利用坡顶的条件，在办公室中段开设了高侧采光窗，这样可以引导更多的自然光进入室内。高侧采光窗与观景无关，只作采光用，其对室内光环境的作用效果是降低近窗处的照度，同时使照度随进深衰减率有所减缓，有助于提升纯侧面采光的室内采光均匀度。
1.2 整个办公区间呈现东西向“明－暗－明”，南北向由“明－暗”的极不均匀照度分布，严重影响在室人员的视觉舒适性。
图2 天窗对室内采光系数的影响
针对这一问题，设计通过结合顶部采光的方式来改善，于是在办公区上方坡顶线性布置四个顶部天窗以提升采光效果。天窗增加了建筑的通透性，与自然环境的联系性，有助于办公人员缓解工作疲劳。根据天球亮度分布模型，天顶处的亮度是水平面的3 倍多，因此采用平天窗作为自然光源的功效是侧窗的3 倍多，同时平天窗以更均匀的方式透射光线，也不易为外界遮挡，可以为大进深的办公室提供充足的光通量。
1.3 结合本建筑坡顶的特点，该顶部天窗兼有平天窗和高侧窗的采光效果。这也在很大程度上缓解了平天窗夏季得热远大于冬季的缺点。另外天窗选用双层中空Low-e 玻璃，并结合天棚帘内遮阳，可达到很好的透光不透热的效果，保证室内光热环境的舒适性。
1.4 图2 的模拟结果曲线显示，增加天窗后各办公区的整体照度水平都较原先有了明显提升，尤其是办公区中后部的光通量得到了较大补充，同时也使三个办公区的照度水平趋于一致，提升了建筑整体采光均匀性。
1.5 整个办公空间的工作面采光系数云图3 反映了采光口对空间照度的影响，近南窗的采光水平最高，顶部天窗下方照度次之，办公区隔墙处采光效果较差。经计算整个办公区域的平均采光系数为4.8%，采光均匀度为0.73，达到了设计标准要求，相较于单纯侧面采光仅0.42 的采光均匀度有了质的突破。
图3 办公区全阴天采光系数云图
二、办公楼现场实测分析
为了验证设计的侧面与顶部相结合的自然采光方式在建筑实应用中的效果，在全年各季节对该建筑进行跟踪测试。
2.1 在实际测试中可直接获得的采光参数为室内外照度、亮度，工作面照度是衡量办公室采光水平的直接因数。而采用采光系数这一相对值来评价室内采光状态能够较为客观的评价室内采光效果，目前国际上也多用此参数分析采光实测值。办公区1、2沿窗轴线方向布置测点，办公区3 则沿横向沿窗均匀布点，纵向布点如前，测点间距由现场办公桌排布距离确定为2 米。
图4 现场测点布置图
2.2 现场测试过程中天气条件具有不可控性，理想全阴天工况是可遇而不可求的，因此在四个测试段中挑选最为接近的工况数据予以校验。在秋季测试某阴天时段测得室外照度为5500Lux，与该Ⅲ类光气候区全阴天室外计算值5000lux 相近，具有较高的参照性。在办公区内各测点处同步测得工作面照度如下图5。对比数值模拟结果可见实测曲线较理论值有所偏离，实测采光系数普遍低于计算值。
2.3 其原因主要有两方面：日常办公资料及桌椅的摆放增加了采光阴影区，同时窗玻璃、隔墙等壁面材料因积灰、老化使反射系数有所减弱；更为重要的一点在于顶部天窗遮阳帘为非集控控制，在实际使用中在室人员往往将其关闭，当采光不足时又习惯性的以人工光源补足，这一运行管路方式极大的弱化了天窗的自然采光效能。
图5 全阴天办公区采光系数实测值
图6 天窗遮阳启闭时室内采光对比
在测试时段仅办公区1 的天窗遮阳帘呈全开状态，测试结果也表明办公区1 的工作面采光系数基本达到了设计要求，其采光水平明显高于另两个房间。其后将办公区3 的顶部天窗遮阳帘开启较之前进行对比测试，内遮阳打开后从视觉感观上明亮了很多，实测数据显示房间中后部照度经历一定的南向采光衰减后得到了天窗的明显补充。除室内东南角由杂物堆放形成采光死角外，其余各测点处采光系数均达到了2%的采光设计标准，室内工作面平均照度较之前提升65Lux（106%），忽略死角后，室内采光均匀度由原先的67%上升为86%，大幅提升了在室人员的视觉舒适性。
而现有的天窗遮阳控制方式缺乏与室外照度变化的联动性，没有将顶部采光这一设计理念运用于实用，室内大多仅依赖侧窗采光因而采光效果较差，既不利于保持人员的视觉舒适性又大幅增加了照明能耗。因此，采光设计理念与遮阳系统运行管理的配合方式在工程中应该得到更多的关注。
三、办公楼晴天工况实测
3.1 本建筑所在地区全年以晴朗气候为主，因此晴天时室内自然采光效果对照明能耗的影响更具主导性，在全年测试中也获取了众多不同室外照度下的室内照度数据。在最不利全阴天的良好采光水平保证下，建筑在晴天时室内采光水平较高，无需人工光源补充，为照明节能创造了条件。遮阳系统的控制方式在分季采光水平的对比中也产生了重要影响，在室外照度最高的夏季，太阳高度角普遍较大，直射阳光可以通过高侧采光窗以及坡顶天窗透射至室内工作面引发眩光危害，因此天窗遮阳帘在夏季基本处于常闭状态，室内5m 进深以后照度略低于300Lux，需要照明补充。
3.2 同时高侧采光窗缺少内遮阳措施仍可透射直射阳光，于室内光环境的舒适相对不利，在全年中夏季采光水平较为不理想。在冬季虽然室外照度处于全年最低段，但较低的太阳高度角可以使光线透射至室内更大进深处，同时透射后不高的照度也不至于产生局部眩光。春秋季室外照度相仿，处于全年平均水平，工作区直射眩光亦不明显，天窗遮阳的启闭直接决定了室内采光水平的优劣。在春季测试中天窗遮阳帘都处于关闭状态，室内照度衰减相当明显，于3m进深后工作面照度已达不到使用要求；而在秋季测试中天窗遮阳全开时，室内中后部照度在天窗的补充下仍可保持较高水平。
四、结语
根据此建筑所处地域在不同季节的日照角度、日照时间长短以及周边环境，通过遮阳构件的布置角度、对光线的反射、折射进行综合考虑及合理调配，达到对光线的控制：夏天，强烈的光线被挡在室外，防止过多的光线进入室内；冬季，温暖的阳光会被折射进室内，并成漫散光状态，提高室内照明度，改善室内光环境和热环境。
参考文献
[1] 谢文娜.自然采光技术在办公建筑中的应用，材料技术，2007,8，106-108
[2] 戴立飞. 中小型建筑自然采光设计研究，天津大学硕士学位论文，2006，12-41.
[3] 杨光?，罗茂羲.建筑采光和照明设计, 北京：中国建筑工业出版社，1988，274-284.
[4] GB/T 50033-2001 建筑采光设计标准，北京：中国建筑工业出版社，2001，6-13.
[5] GB/T 50034-2004 建筑照明设计标准，北京：中国建筑工业出版社，2004，17.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。