什么是采光计算?

什么是采光计算?

[拼音]：caiguang jisuan

[外文]：daylight calculation

采光设计的一个重要步骤。主要包括按照建筑尺寸和窗口的大小、数量、位置核算室内的天然光照度；或根据采光标准规定的采光系数估算所需的窗口面积。此外，还有眩光计算等。

计算条件

为了简化计算，通常规定一种理想的标准天空亮度分布作为计算条件。中国和世界上多数国家均以国际照明委员会规定的标准全阴天天空亮度分布（见光气候）作为采光计算的假想光源。

采光系数的组成

室内某一点的采光系数是由天空直射光、室内反射光和室外反射光三个分量组成，其中以天空直射光为主。计算时一般以天空直射光的采光系数为基数，乘上相应的室内反射增量系数，即为天空直射光与室内反射光采光系数的总和，室内反射光也可以单独计算。室外地面、房屋等表面反射的天然光形成的室外反射光占的比例很小，在采光计算中常忽略不计。

计算方法

世界各国已发表的采光计算方法有数十种，这些方法主要建立在以光度理论推导的和以采光模型实验的测量数据为依据的两种不同基础上。表达形式有图表法、数解法和工具法。

图表法

在采光设计中广泛使用的传统方法。此法应用简便，能满足设计精度要求。常用的如：

（1）根据立体角投影原理绘制的英国的沃尔德拉姆图是一种比较典型的采光计算图(图1)。全图代表半个天空，共划分成1008(36×28)个小方格，每格面积等于0.05％的采光系数。图上有两组曲线──实线和虚线。量出计算点与窗口上沿和下沿形成的高度角（θ1和θ2），分别描绘在实线曲线上；再将计算点与窗口两侧形成的平面方位角φ1和φ2描绘在图中虚线曲线上。由四条曲线围成的面积占有的方格数乘以0.05，即得出计算点的天空直射光采光系数Cd。沃尔德拉姆图可以精确计算竖直窗的Cd值。

（2）采光计算图表是中国《工业企业采光设计标准》(TJ33-79)中推荐的一种采光计算图表，适用于采光的初步设计。它不能精确计算某一点的采光系数，但可用来验算窗口面积是否符合采光标准，还可用采光标准估算开窗面积。 图2为天窗采光计算图表，图上有三组斜线，分别用于矩形天窗、锯齿形天窗和平天窗。纵坐标表示窗口面积与地板面积的比值，这个比值确定后，即可按照天窗类型和建筑长度，经过相应的斜线在横坐标上求出天空直射光采光系数的最低值。反之，已知采光系数，也可求出所需的窗口面积。图3为侧窗采光计算图表。

数解法

根据光度理论建立数学模型，然后求解。有两种数学模型：一种是将天空视为有固定亮度分布的半球，计算点位于球心，按立体角投影定律推导出计算点的天空直射光采光系数值；另一种是将窗口看成具有某种亮度分布的矩形发光面，根据窗口与计算点的相对几何位置计算天空直射光采光系数值。

符合国际照明委员会标准全阴天天空亮度分布的矩形竖直窗在室内水平工作面某一点上的天空直射光采光系数Cd为:

式中θ1、θ2分别为计算点与窗上沿和窗下沿构成的高度角；φ1、φ2为计算点至窗墙的垂线与窗口两侧分别构成的平面方位角。窗口较多时，可将每个窗口对计算点的采光系数值逐一求出，然后相加。

工具法

属于这一类的有采光系数计算尺和英国BRS采光系数分度器等，电子计算机与配套的采光计算软件可视为最有效的计算工具。中国已经研制出适用于一般采光形式的采光计算用的计算机程序软件。

采光系数的修正

在计算实际采光系数时，必须考虑有关因素对上述方法求得数值加以修正，这些因素包括室内反射光增量，窗口的总透光损失，室外遮挡及其他与标准计算条件不符的因素。这些修正系数可在《工业企业采光设计标准》的附录中查到。经过修正后的实际采光系数最低值Cmin（对于顶部采光）为：Cmin=Cd×Kτ×Kρ×Kg

式中Kτ为窗口的总透光系数；Kρ为室内反射光增量系数；Kg为考虑建筑高度与跨度比值的修正系数（仅配合采光设计图表使用）。

开窗面积的估算

在建筑方案设计阶段，建筑物各项参数尚未最后确定，有时需要根据采光标准初步估算开窗面积，可采用以下简易的经验公式：

侧窗:Ac=(Cmin×15)Ad

矩形天窗和锯齿形天窗:Ac=(Cmin×10)Ad

平天窗:Ac=(Cmin×6)Ad

式中Ac为窗口面积(米2)；Ad为房间地板面积(米2)； Cmin为采光标准规定的采光系数最低值。

参考书目

国家基本建设委员会：《工业企业采光设计标准》(TJ33-79)，中国建筑工业出版社，北京，1979。R.G.Hopkinson，P.Petherbridge，J.Longmore，Daylighting，Heinemann，London，1966.CIE Publication No.16， International Recommendation for the Calculation of Natural Daylight，Paris，1970.