摘 要：以不同采光口設(shè)置的 3個房間為例，以采光系數(shù)(DF)、采光量(DA)、有效采光照度(UDI)為評價指標(biāo)，選擇全年動態(tài)采光模擬軟件 Daysim作為主要分析工具，通過模擬和分析 3個房間的 4種不同縮尺比例模型內(nèi)工作面上的 DF、DA_300、UDI100-2000等指標(biāo)及分布情況，可知：同一房間不同模型內(nèi)各指標(biāo)的平均值非常接近，誤差基本上在 1%以內(nèi)，且這些指標(biāo)的偽色圖也非常相似。從而證明了：縮尺模型可以在時間和空間上，更全面、準(zhǔn)確地模擬建筑采光情況。這為建筑采光縮尺模擬的動態(tài)評價實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

　　關(guān)鍵詞：動態(tài)評價實(shí)驗(yàn);相似原理;采光量;有效采光照度

　　1　建筑采光評價指標(biāo)的確定

　　對某一房間來說，室內(nèi)采光質(zhì)量的好壞，并不是簡單地采用照度或亮度來衡量，通常會利用 DF來評價。DF是靜態(tài)評價指標(biāo)，簡單易用。但是，DF僅考慮窗的特征、房間的特征、室外遮擋等影響因素，回避了室外復(fù)雜的天氣狀況及變化，與建筑所在的地理緯度無關(guān)，因而無法描述天然光的氣候性與多變性，也不能表征采光口的朝向性等。在以多云天為主的天氣狀況下，采光系數(shù)評估方法會有較大的誤差[8��9]。因此，僅比較房間與其縮尺模型內(nèi)的 DF，不足以全面證明縮尺模型方法評價建筑采光的準(zhǔn)確性。

　　近來，國際上提出了一些以采光量 (DaylightAutomoy，DA)、有效采光照度(UsefulDaylightIllumi�瞡ance，UDI)為主的建筑采光動態(tài)評價指標(biāo)，并得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用[10��11]。國內(nèi)學(xué)者也對這些指標(biāo)展開了一些應(yīng)用研究[12��13]。DA指房間工作面上某點(diǎn)僅依靠天然采光達(dá)到最低照度值(視房間功能而定)的時間比。假如一年中從上午 8點(diǎn)至下午 18點(diǎn)為每天工作時間，工作面上某點(diǎn)的采光照度大于300lx的每天平均時間為 8h，則該點(diǎn)的 DA將細(xì)化為 DA_300，且為 80%。UDI指房間工作面上某點(diǎn)天然光照度在一定范圍內(nèi)的時間比。根據(jù)視覺需求，常常被劃分為 UDI<100(采光不足)、UDI100-2000(采光合適)、UDI>2000(采光過度)，分別指該點(diǎn)照度小于 100lx、大于等于 100lx且小于等于 2000lx、大于 2000lx的時間比。DA、UDI反映工作面上各點(diǎn)照度在時間分布上的統(tǒng)計(jì)情況;若結(jié)合各點(diǎn)在工作面上的位置，將各點(diǎn)DA、UDI繪制成圖，就可反映各點(diǎn)照度在空間分布上的統(tǒng)計(jì)情況。如果通過模擬，可證明同一房間不同縮尺比例模型內(nèi)的 DF、DA、UDI100-2000及其分布圖相似度非常高，則可證明縮尺模型方法可全面、準(zhǔn)確地反映建筑實(shí)物的采光動態(tài)情況。

　　2　建筑采光動態(tài)模擬分析工具

　　當(dāng)前，建筑光環(huán)境模擬軟件非常多，超過一半的軟件是基于 Radiance平臺開發(fā)的，大多軟件可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)精度的室內(nèi)靜態(tài)天然光環(huán)境模擬[14]。而全年動態(tài)采光模擬軟件 Daysim，綜合采用 Perez全氣象條件天空模型、Radiance的蒙特卡洛采樣和反向的光線追蹤算法和 Tregenza提出的天然光系數(shù)法(DaylightCoefficientmethod)，可根據(jù)建筑當(dāng)?shù)氐臍夂驍?shù)據(jù)，動態(tài)模擬室內(nèi)全年各種氣象條件下的采光情況[7]，主要結(jié)果除了 DF、DA、UDI外，還包括 Con�瞭inuousDA、DA_max等，故 Daysim被選用為建筑采光縮尺模型動態(tài)評價的主要模擬分析工具。根據(jù) Daysim的使用手冊[15]，結(jié)合本文的研究目的，模擬計(jì)算的步驟可分為以下 3步：

　　1)首先，利用 Ecotect建立房間的三維幾何模型，定義圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分的材質(zhì)，特別是與光環(huán)境相關(guān)的參數(shù)，如光反射比、光透射比等;確定工作面高度和模擬網(wǎng)格布點(diǎn)距離;導(dǎo)入房間所在地的權(quán)威氣象數(shù)據(jù)。2)然后，將房間的幾何模型導(dǎo)入 Daysim中，確認(rèn)模型導(dǎo)入無誤、材料設(shè)定正確，定義模擬所需的相關(guān)參數(shù)，如工作時間表、遮陽設(shè)置等，之后運(yùn)行模擬計(jì)算，直至計(jì)算完成，生成包括 DF、DA、UDI在內(nèi)的各種采光評價指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果文件。3)最后，將各個評價指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果文件依次再導(dǎo)入 Ecotect中，就會生成偽色圖、可視化這些評價指標(biāo)在工作面上的分布情況，并得出這些指標(biāo)的平均值。

　　3　縮尺模型的模擬分析案例

　　3.1　模擬分析的過程選定不同采光口設(shè)置的 3個房間為研究對象，分別命名南向窗、北向窗、雙側(cè)窗，詳見圖 1。房間高 3m，門高 2��1m，窗高 1��5m，窗臺高 0��9m，無遮陽設(shè)施;圍護(hù)結(jié)構(gòu)的光學(xué)參數(shù)見表 1。房間中心離地 0��75m高的 2��7m×3��9m平面設(shè)為工作面。假定這些房間位于成都，故采用成都典型氣象年數(shù)據(jù)(CSWD)。房間最低照度設(shè)為 300lx，故 DA應(yīng)精確為 DA_300。

　　3.2　模擬結(jié)果的分析圖 2比較這些模型內(nèi) DF、DA_300、UDI100-2000的全年平均值。分析該圖可知：1)DF與開窗方向無關(guān)，與開窗面積大小有關(guān)，故“南向窗”的 DF與“北向窗”的 DF比較接近，而 “雙側(cè)窗”的 DF接近兩者之和。2)DA_300、UDI100-2000與房間開窗方向性有很大關(guān)系。成都位于北緯 30°～31°，故DA_300排序?yàn)? “雙側(cè)窗”>“南向窗”>“北向窗”，UDI100-2000排序卻為“北向窗”>“南向窗”>“雙側(cè)窗”，說明“北向窗”房間的采光最好，沒有強(qiáng)烈直射光，而其他 2個房間存在“采光過度”，易引起眩光。

　　以上發(fā)現(xiàn)與建筑天然采光的理論相符合，說明了 Daysim模擬結(jié)果的正確性。而且由于房間原型的靜、動態(tài)采光評價指標(biāo)的平均值，與其相應(yīng)的不同縮尺比例模型內(nèi)指標(biāo)基本上完全一樣，誤差基本上小于 1%。因此，可以判定：縮尺模型可以準(zhǔn)確地評價建筑動態(tài)采光情況。

　　4　結(jié) 論

　　以不同采光口設(shè)置的 3個房間為例，確定 DF、DA、UDI等作為采光評價指標(biāo)，選擇全年動態(tài)采光模擬軟件 Daysim作為主要分析工具，模擬計(jì)算 3個房間的 4種不同縮尺比例模型內(nèi)工作面上的 DF、DA_300、UDI100-2000等指標(biāo)及分布情況。

　　模擬結(jié)果顯示：同一房間 4種不同縮尺比例的模型內(nèi)各指標(biāo)的平均值非常接近，誤差基本上在1%以內(nèi)，而且這些指標(biāo)在模型內(nèi)工作面上的偽色圖也非常相似。從而證明了，縮尺模型可以在時間和空間上完整、準(zhǔn)確地模擬建筑采光情況，這為今后實(shí)施建筑采光縮尺模擬的動態(tài)評價實(shí)驗(yàn)提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

　　參 考 文 獻(xiàn)：

　　[1]　COUTINHOCP，BAPTISTA A J，RODRIGUESJD.Reducedscalemodelsbasedonsimilitudetheory：Areviewupto2015[J].EngineeringStructures，2016，119：81��94.

　　[2] 孫海濤，趙越?，吳碩賢.廳堂 1∶10聲學(xué)縮尺模型材料的吸聲系數(shù)測定[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014，42(11)：85��91.

　　《建筑采光縮尺模型動態(tài)評價實(shí)驗(yàn)的模擬驗(yàn)證》來源：《四川建筑科學(xué)研究》，作者：王春苑，歐陽金龍。