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生态建筑第三版:中庭、天井与反光檐的采光应用

时间:2023-08-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:当建筑物的进深较大并超过侧窗采光所及的尺寸时,可用无玻璃顶的天井或有玻璃顶的中庭进行采光。对于高宽比1∶1的天井,正方形平面的采光效果与长方形类似。当高宽比为2∶1时,正方形平面比2∶1的长方形多提供7%~10%的自然光量。对于室外照度水平为5400lx的全云天,天井中供植物生长所需的采光系数为5%~40%。利用图5-63可确定已有线性中庭的房间平均采光系数,或利用房间平均采光系数确定中庭的高宽比。

生态建筑第三版:中庭、天井与反光檐的采光应用

建筑物的进深较大并超过侧窗采光所及的尺寸时,可用无玻璃顶的天井或有玻璃顶的中庭进行采光。中庭或天井既可为房间、植物、各种活动提供采光,又可形成气候缓冲区。中庭在冬季可起到日光间的作用,收集太阳能得热,在夏季还可起到热压通风的作用。

与双侧采光房间类似,一侧依靠中庭或天井采光另一侧依靠室外采光的房间,进深也不应超过5倍窗高度,但这样有时会减少基地的利用潜力并造成过多的交通空间。因此进深有时会被适当增加,当进深为6倍窗户高度时,可采光部分的面积占总地板面积的90%~100%,当为7倍窗户高度时,占80%~90%,这一经验结论对于所有的纬度地区和不同的中庭大小均是适用的。

影响中庭或天井采光的因素很多,其中最重要的是其比例尺寸,矮而宽的天井比高而窄的天井有更大的天空视角。由于室外自然光量不同,高纬度地区的天井通常相对较宽大,而低纬度地区的天井相对较狭小。高层建筑比低层建筑需要更大的中庭或天井。对于高宽比1∶1的天井,正方形平面的采光效果与长方形类似。当高宽比为2∶1时,正方形平面比2∶1的长方形多提供7%~10%的自然光量。

可以根据室内采光系数的要求,用图5-62(a)估算天井的大小。图5-62(a)是基于正方形天井上空无遮挡,房间为9m×9m×3m的中等办公室,室内墙的反光系数为0.6、地板为0.25、天花为0.7,窗口尺寸为1.5m×9m,窗台高为0.85m,在全阴天和外表面为白色的条件下,试验得到的。无窗户时,庭院内表面平均反光系数为70%;有50%玻璃窗和50%窗间白墙时,平均反光系数为40%。

也可以根据中庭中的植物采光或活动需要,利用图5-62(b)来确定中庭的大小。室内小型植物所需日照一般为250lx,树和热带植物需要2000lx或更多。其中,大多数植物每天需要最小日照700~1000lx的时间为10~12h。对于室外照度水平为5400lx的全云天,天井中供植物生长所需的采光系数为5%~40%。

对于大多数建筑物而言,使用图5-62中区域的下限曲线是较为合适的。另外,屋面的构造框架会降低至少10%的采光量,窗玻璃透光性能也会影响天然光的透过量,降低采光效果。因此,采光系数设计值应为实际采光系数与屋面和窗玻璃的透过率之比值。关于如何确定采光系数,请参阅附录F“采光系数的确定方法”。

图5-62 利用房间或中庭采光系数估算中庭的大小

另一种中庭是只在两侧布置房间,而在两端布置玻璃墙,这种中庭称为线性中庭。利用图5-63可确定已有线性中庭的房间平均采光系数,或利用房间平均采光系数确定中庭的高宽比。值得说明的是,图5-63中的采光系数是在离地高0.85m工作面上,基于窗户面积占立面面积60%,室内墙面反光系数为0.5、地面反光系数0.15、天花反光系数0.7,房间进深4.8m,天花高2.7m,窗高1.8m,窗台高0.9m得到的。(www.xing528.com)

图5-63 利用房间平均采光系数估算线性中庭的高宽比

利用中庭采光的例子很多,由Architekten gruppe Klinikum Ⅱ设计的德国纽伦堡(Klinikum Nurnberg)医院,建筑平面为凹齿状并围绕中间的天井布置,为每间病房提供了自然光(见图5-64)。在中庭设计中,值得注意的问题是冬季日照和夏季防止温室效应以及可能出现的眩光。当冬季既要日照又要采光时,可以将中庭或大房间布置在南侧(南半球为北侧),一方面接受日照,蓄存太阳热,并依靠空气对流加热邻近的房间;另一方面,将可见光散射到邻近的房间中。有时称这种可见光散射策略为向中庭或大房间借光。当一个房间从另一房间借光时,两房间内表面都应尽可能做成反光表面,室内墙体上的窗户应尽可能大,最好有一定的天空视角。可以通过在中庭顶部设置可开关的通风口以避免夏季温室效应和冬季的烟囱效应。

图5-64 德国纽伦堡医院[54]

在大进深平面的建筑中,还可以利用反光檐等引入太阳直射光进行采光。由Anderson DeBartolo Plan设计的位于美国科罗拉多州戈尔登(Golden)的国家能源再生实验室太阳能研究所(national renewable energy laboratory solar energy research facility),将朝南的屋面做成阶梯式反光檐,既能遮阳和避免眩光,又充分利用了直射光进行采光(见图5-65)。

图5-65 美国国家能源再生实验室太阳能研究所顶棚采光

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