窗户尺寸影响室内采光的模拟研究

2023年4月24日发(作者：pp管材规格表和价格)

第２３卷第３期

２０１５年６月

安徽建筑

大学学报

Ｊｏｕｒａｎａ１ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ｖｏ１．２３ Ｎｏ．３

Ｊｕｎ．２０１５

ＤＯＩ：１０．１１９２１／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５—８３８２．２０１５０３１３

窗户尺寸影响室内采光的模拟研究

查全芳，方廷勇

（安徽建筑大学土木工程学院，安徽合肥２３０６０１）

摘要：建筑室内的光环境对于它自身的使用功能有着极其重要的影响，而影响建筑室内光环境的因素有很

多，有建筑周边环境的遮挡、建筑室内装饰以及窗口的设计等。本文结合合肥地区的光气候特点，利用光环

境模拟软件Ｅｃｏｔｅｃｔ来分析窗户尺寸对建筑室内自然采光的影响，通过改变窗墙比、窗台高以及窗户外形等

几个方面来改善建筑的室内光环境。

关键词：自然采光；采光系数；Ｅｃｏｔｅｃｔ

中图分类号：ＴＵ４１１．０１ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５—８３８２（２０１５）０３—０６７－０６

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｗｉｎｄｏｗ Ｓｉｚｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｄｏｏｒ Ｄａｙｌｉｇｈｔ

ＺＨＡ Ｑｕａｎｆａｎｇ，ＦＡＮＧ Ｔｉｎｇｙｏｎｇ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｆｅｉ，２３０６０１）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｈａｓ ａ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｉｔｓ ｏｗｎ

ｆｕｎｃｔｉｏｎ．，Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍａｎｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ

ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓ，ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｄｅｃｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｉｎｄｏｗ ｄｅｓｉｇｎ．ｅｔｃ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ

ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｈｅｆｅｉ ｒｅｇｉｏｎｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｗｉｎｄｏｗ ｓｉｚｅ ｏｎ ｎａｔｕｒａｌ ｄａｙｌｉｇｈｔ ｉｎ

ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｃｏｔｅｃｔ．，Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ

ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｉｎｄｏｏｒ １ｉｇｈｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｈｅ ｗｉｎｄｏｗ ｔｏ ｗａｌｌ ｒａｔｉｏ，ｗｉｎｄｏｗ ｈｅｉｇｈｔ

ａｎｄ ｗｉｎｄｏｗ ｓｈａｐｅ，ｅｔｃ．．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄａｙｌｉｇｈｔｉｎｇ；ｄａｙｌｉｇｈｔ ｆａｃｔｏｒ；Ｅｃｏｔｅｃｔ

０ 引 Ｉ＝１

适度，营造良好的工作生活环境。此外，自然光由

于其再生Ｉ生和无污染而成为一种清洁光源，大量

伴随着我国经济的飞速发展，能源资源不足

使用自然光可以在降低污染的同时又能节约资

源，对生态保护和节约能源都有着积极的作用ｌｌ１］。

以及生态环境恶化的矛盾日益显现，保护环境、节

约资源已成为热门的讨论话题。目前建筑规模迅 建筑自然采光的影响因素有很多，为了最大

速扩大，出于对建筑节能的考虑，充分利用自然光

程度的为建筑室内人员提供最佳的室内环境，就

为建筑提供良好的室内环境能够节省大量的建筑

能耗。而且自然光作为一种自然的、为人们所习

要建筑师通过窗口的尺寸设计来充分利用自然采

光，从而减少人工照明，节约资源。这些都是现代

惯的光源，也能够最大程度的改善建筑室内的舒 建筑设计中亟待解决的问题。

收稿日期：２０１５—０４—０９

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划课题（２０１１ＢＡＪ０３１３０４）

作者简介：查全芳（１９８９一），女，硕士研究生，主要研究方向为绿色建筑。

第３期 查全芳，等：窗户尺寸影响室内采光的模拟研究 ６３

１采光系数和ｅｃｏｔｅｃｔ软件介绍

建筑室内光环境的评价因素有光通量、照度

和采光系数，本文主要通过采光系数这一因素来

评价办公建筑室内的光环境状况【＿２］。建筑室外照

否可以通过改变窗墙比、窗台高以及窗户外形等

几方面来改善建筑的室内光环境［６］。

２模型的建立和工况的设置

２．１模型的建立

度是经常变化的，这必然使室内照度随之而变，不

可能是一个固定值，因此对采光数量的要求都用

相对值。这一相对值就是采光系数，它是在全阴

本文以合肥市某建筑的一间房间为例，首先

建立一个长６ｍＸ宽４ｍＸ高３ｍ的房间。房间模

型如图１所示。

天空漫反射光照射下，室内给定水平面上的某一

点由天空漫反射光所产生的照度和室内某一点照

度同一时间、同一地点，在室外无遮挡水平面上由

天空漫反射所产生的照度的比值＿３］。

室内某一点天然采光系数一该点的照度值／

室外无遮挡照度值

采光系数体现的是全年中最不利天气条件下

的采光状况，使用的是全阴天模型，与太阳位置无

关。而且在同一工况下，建筑室外的照度越高，相

应的室内照度就越高，但是它们的比值，即自然采

光系数是相同的，所以本文通过自然采光系数的

变化来反应办公建筑室内的光环境状况［４］。

Ｅｃｏｔｅｃｔ最初是由英国Ｓｑｕａｒｅ Ｏｎｅ公司开发

的生态建筑设计软件，２００８年被美国Ａｕｔｏｄｅｓｋ

公司收购，它主要用于建筑方案的初步设计阶段，

Ｅｃｏｔｅｃｔ涵盖了热环境、风环境、声环境、Ｅｌ照、可

视度等多种建筑物理环境，在光环境模拟方面

Ｅｃｏｔｅｃｔ采用的ＣＩＥ全阴天天空模型，考虑的是

最不利状况下计算出的自然采光系数，对建筑综

合采光评价很实用，软件自身带有建模功能，方便

快捷。模拟计算速度快，操作简单，结果直观明

了，但精度不是很高，可以生成报表。Ｅｃｏｔｅｃｔ还

可以输出到Ｒａｄｉａｎｃｅ中进行晴天天空的采光和

照明的模拟计算。因此Ｅｃｏｔｅｃｔ被广泛的运用到 数值的平均值作为该进深处的采光系数值，对这

建筑采光设计当中［５］。

影响建筑室内自然采光的因素有很多，如室

外建筑遮挡、窗户玻璃的透光率、窗墙面积比、窗

户的朝向、窗台的高度、遮阳措施、大地反射等，其

中很多因素是与房间的窗户尺寸设计有关。本文

主要是针对合肥地区的光气候特点，利用光环境

模拟软件Ｅｃｏｔｅｃｔ来分析窗户尺寸对建筑室内自

然采光的影响，通过改变窗体本身的因素，模拟是

图１房间模型

模拟计算的房间内各个表面和构件的反射率

或透射率都是根据《建筑采光设计标准》及工程常

用参数来设置的，房间内的天花板、内墙和地板的

反光率分别为０．６６、０．６６、０．４，窗户玻璃选择普

通玻璃，透光率为０．８２２。

合肥属于第Ⅳ类光气候区，室外天然光临界

照度为１３５００１ｕｘ。Ｅｃｏｔｅｃｔ采光模拟采用ＣＩＥ全

阴天模式，将大寒日１月２１号作为模拟时间，模

拟分析的工作面高度为７５０ｍｍ，在工作面处每０．

２ｍ设置一个计算网格，网格个数为２Ｏ×３０个，分

别为开间方向２０个计算点和进深方向３０个计算

点，所有的计算点形成了计算网格。分别模拟计

算不同工况下办公建筑室内的自然采光系数值。

为了模拟不同工况下自然采光系数随着进深变化

的分布情况，在进深相同处的２Ｏ个测点的采光系

些采光系数值进行数据处理，对比分析。

２．２工况的设置

本文主要研究不同的窗墙比、窗台高和窗户

外形（扁长或瘦高）对建筑室内自然采光的影响，

并对不同工况条件下得出的采光系数值和进深

的变化曲线图进行对比分析，从而得出最佳的

窗户尺寸设计。不同模拟工况的设置如下表１

所示。

６４ 安徽建筑大学学报 第２３卷

表Ｉ不同工况的设置

３窗户尺寸对室内自然采光的模拟

９６＼ 洪

２ Ｏ ９ ８ ７ ６ ４ ３ ２ １ Ｏ

对比分析

０ ８ ６ ４ ２ ０ ８ ６ ４ ２ Ｏ

３．１窗墙比对自然采光的影响对比分析

窗户位于建筑南立面上，窗台高为０．８ｍ。在

窗户的高度不变的情况下，通过改变窗户的宽度，

对窗墙比为５Ｏ （３．Ｏｍ×２．Ｏｍ）、４５ （２．７ｍ×

２．Ｏｍ）、４０ ９／５（２．４ｍ×２．Ｏｍ）和３５ （２．Ｉｍ×

２．Ｏｒｅ）分别进行自然采光模拟分析，得出工作面

处不同窗墙比下室内采光系数分布表，如下表２

所示。

表２不同窗墙比下室内采光系数分布

对表２进行数据处理得出不同窗墙比下室内

采光系数随着进深变化的曲线图，如下图２所示。

表３不同窗墙比下的平均采光系数

Ｕ Ｕ Ｕ ｂ ｌ Ｚ ｌ Ｚ ４ ．Ｕ ｂ ４ ｑ ０■ 口Ｕ

进深Ｄ／ｍ

图２不同窗墙比下室内采光系数分布

由图２，表３可知，在窗台高为０．８ｍ，其他条

件相同的条件下，窗墙比越大建筑室内的平均采

光系数越大。对于不同窗墙比的房间在窗口附近

的室内采光系数都比较大，且随着窗墙比的增大

采光系数越大。但当进深达到了１．２ｍ左右时，

工作面处不同窗墙比的房间室内的采光系数都明

显减小了，而且减小的速度还很快。当进深大于

４．２ｍ之后，各窗墙比下的室内采光系数的变化

都很小，采光效果最差，几乎没有光线能进入到最

远的进深处了，最终趋于平缓。窗户的开窗面积

越大室内的光环境质量就越好，越有利于办公人

员的工作，但窗户的面积增大又导致了进入室内

的太阳辐射量的增加，最终又导致了能耗的增加，

所以在建筑设计时要合理设计窗户的面积。

３．２窗台高对自然采光的影响对比分析

模型同上，窗户位于建筑南立面上。窗户宽

度为３．Ｏｍ，高度为Ｉ．６ｍ，窗墙比为４Ｏ 。在窗

户宽度和高度相同的情况下，对窗台高为０．８ｍ、

０．９ｍ、１．Ｏｍ和１．Ｉｍ分别进行模拟分析，得出工

作面处不同窗台高下室内采光系数分布表，如下

表４所示。

表４不同窗台高下室内采光系数分布

第３期 查全芳，等：窗户尺寸影响室内采光的模拟研究 ６５

＼ 帐

４ ２ ０ ８ ６ ６ ４ ２

０ ０ ０ ６ １ ２ １ ８ ２ ４ ３ ０ ３ ６ ４ ２ ４ ８ ５ ４ ６ ０

进深Ｄ／ｍ

图３不同窗台高下室内采光系数分布

表５不同窗台高下的平均采光系数

９６＼辐

１ Ｏ ９ ８ ７ ６ ３ ２ １ ５ ４

由图３，表５可知，在窗的大小和其他条件都

相同的条件下，随着窗户高度的增大工作面处室

内的平均采光系数在减小。对于不同高度处的窗

户，在进深１．２ｍ左右的范围内，随着窗台的增

高，采光系数在不断的减小，且减小的幅度很大。

超过１．２ｍ以后，随着窗台的增高，采光系数在慢

慢的增大。当进深达到４．２ｍ左右时，不同窗台

高的房间采光系数值都相差不多且变化不明显，

采光效果最差，几乎没有光线能进入到最远的进

深处了，最终趋于平缓。所以在建筑设计时，窗台

的高度不易过高，虽然过高的窗户有利于进深大

处的采光，但过高的窗户影响了室内整体的采光

水平，同时也阻挡了人们的视线，所以在设计窗户

的高度时，要同时兼顾视觉舒适度和整体采光

水平。

３．３窗户外形对自然采光的影响对比分析

模型同上，窗户位于建筑南立面上。窗台高

０．８ｍ，窗墙比为４０ 。在不改变窗墙比和窗台高

的情况下，对四种窗户Ｃ１（２．４×２．０ｍ ）、Ｃ２（３．０

×１．６ｍ２）、Ｃ３（３．２×１．５ｍ。）和Ｃ４（４．０×１．２ｍ ）

分别进行模拟分析，得出工作面处不同窗户外形

下室内采光系数分布表，如表６所示。

对表６进行数据处理得出不同窗户外形下

室内采光系数随着进深变化的曲线图，如图４

所示。

表６不同窗户外形下室内采光系数分布

窗户外 进深ＤＩｍ

￣ｅ［／ｍ２ ０．６ １．２ １．８ ２．４ ３．０ ３．６ ４．２ ４

．

８ ５．４ ６．０

２．４Ｘ２．０ ７．３６ ５．３５ ３．６２ ２．８８ ２．２４ １．９５ １．６９ １．５３ ｌ＿４２ １．３６

３．０Ｎ１．６ ８．２０ ５．５４ ３．８１ ２．７５ ２．１５ １．８３ １．６３ １．５Ｏ １．３９ １．３２

３．２Ｘ１．５ ９．０４ ５．５６ ３．６５ ２．６３ ２．０７ １．９４ １．５８ １．４５ １．３６ ｌ＿３Ｏ

４．０Ｘ１．２１０．０５ ５．５３ ３．４０ ２．４２ ｌ＿９３ １．６６ ｌ＿５１ １．４１ １．３４ １．２７

０ ０ ０ ６ １ ２ １ ８ ２ ４ ３ ０ ３．６ ４ ２ ４ ８ ５ ４ ６ ０

进深Ｄ／ｍ

图４不同窗户外形下的采光系数分布图

表７不同窗户外形下的平均采光系数

由图４，表７可知，在窗墙比为４０ ，窗台高

为０．８ｍ，其他条件相同的情况下。窗户越宽建筑

室内的平均采光系数越大，但平均采光系数增大

的幅度不明显，说明窗户外形对室内的采光效果

影响不明显。在进深１．２ｍ的范围内，窗户４．０×

１．２ｍ２的采光系数最高，而窗户２．４×２．０ｍ２的采

光系数最低，说明在靠近窗户的位置越宽的窗户

采光效果最好，窗户越窄在近窗处的采光效果越

差。在进深为１．２ｍ到４．２ｍ范围内，窗户２．４×

２．０ｍ 的采光系数最高，而窗户４．０×１．２ｍ。的采

光系数最低，说明在房间的中间区域，窗户宽度越

小，窗户高度越大，室内的采光效果越好。当进深

在４．２ｍ以后不同窗户外形的室内采光系数都相

差不多，采光效果最差，几乎没有光线能进入到最

远的进深处了，采光系数曲线都趋于平缓。

６６ 安徽建筑大学学报 第２３卷

４结论

影响建筑室内自然采光的因素有很多，本文 来说，窗户外形对建筑室内的采光效果影响的不

讨论了窗墙比、窗台高和窗户外形对建筑室内自

然采光的影响。得到以下优化建议及结论：

（１）在窗台高和玻璃透光率等相同的条件下，

窗墙比对采光效果的影响很明显，窗墙比越大采 筑室内自然采光的因素还有很多，如建筑周边环

光效果越好。但对于房间不同进深处的采光效

果，随着进深的增大采光效果都越来越差，靠近窗 采光辅助构件的设置等。

户的位置采光效果最好，当进深达到４．２ｍ以后

采光效果急剧下降，之后趋于平缓，在进深达到

４．２ｍ时建筑室内已经没有光线能够进入了，所

以在设计时要考虑临界进深和窗地比。

（２）在窗墙比和玻璃透光率等相同的条件下，

在进深１．２ｍ范围内，建筑室内的自然采光效果

随着窗户的增高而减弱，超过１．２ｍ以后随着窗

户的增高采光效果反而增强。因此在近窗处，窗

户的位置不能过高，虽然过高的窗户有利于进深

大处的采光，但影响了建筑室内总的平均采光效

果和人们的视觉舒适性。所以建筑师在设计窗户

的过程中要考虑适当的窗台高度。

（３）在窗墙比、窗台高和玻璃通光率等相同的

条件下，在进深大约１．２ｍ范围内，扁长型的窗户

建筑室内采光效果好于瘦高型的窗户，而在进深

１．２ｍ以外范围结果却正好相反，瘦高型的窗户

建筑室内采光效果好于扁长型的窗户。从总体上

明显。

（４）本文主要研究了窗户尺寸对建筑室内自

然采光的影响，但除了窗户本身的因素外，影响建

境的遮挡、建筑室内装饰、建筑外遮阳的设计以及

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