光舒适导向的严寒地区某办公建筑外遮阳设计探究

光舒适导向的严寒地区某办公建筑外遮阳设计探究

李炎 付瑶

沈阳建筑大学，沈阳 110168

摘 要：办公建筑的光环境是否舒适，直接影响到工作人员的工作效率，甚至在一定程度上影响其身心健康。与此用时，采用合理的外遮阳设施，是提升室内光舒适度的有效途径，还能达到节能的效果。本研究以沈阳某办公空间为例，通过对其光环境现状进行实测调研及数据分析，总结出现存问题。其次根据项目的具体情况进行外遮阳设计，并利用Ecotect软件对不同遮阳形式下的光舒适性能进行模拟分析，选择出最优方案，为项目的舒适性改造提供参考。

关键词：严寒地区 办公建筑 外遮阳

1.光舒适的概念及相关评价指标

1.1“光舒适”概念解读

对于生产、工作和学习的场所，良好舒适的光环境能振奋精神，提高工作效率和产品质量^[1]。近年来，随着国内外对光舒适性能问题的关注，研究学者对光舒适的评价指标数量也在逐年増长，发展至今大大小小指标数量髙达34个^[2]。通过文献总结发现，现今的大多数国内外学者将照度、采光系数、全天然采光百分比、照度均匀度和眩光分析作为光舒适性能的主要评价指标。

1.2办公建筑光舒适性能相关评价指标

本研究主要采用照度、采光系数、全天然采光百分比及照度均匀度四方面对光舒适性能进行评价，而国内外针对办公建筑光环境的这些指标也都有着明确的评价标准。（1）照度水平：办公空间要保证合理的照度水平，我国《建筑照明设计标准》GB50034-2013中规定0.75m水平面上普通办公室照度标准值300lux，高档办公为500lux。（2）采光系数：采光系数定义为假设在CIE 全阴天情况下，室内给定平面内一点的照度与同一时刻室外无遮挡水平面上的天空漫射光照度之比^[3]，符号为DF。《建筑采光设计标准》GB50033-2013中明确规定工作面采光系数最低值为5%。（3）照度均匀度：照度均匀度是指工作面的最小照度与平均照度之比，符号为U₀。《建筑照明设计标准》中规定，办公建筑 0.75m 工作面处的U₀不应小于 0.7，作业面周围的均匀度不应小于0.5^[4]。（4）全天然采光百分比：全天然采光百分比的定义为，一年时间内，工作面高度处满足最小天然采光照度的时间与工作总时间的比值符号是DA^[5]。照明工程协会（Illuminating Engineering Society, IES) 提出典型办公空间应满足DA值在50%以上^[6]。

2办公空间项目概况

改造项目位于北偏东30°，具体区位为北纬71.74°，东经123.51°，目前作为实验室内的办公空间。建筑柱网结构为8m×8m，办公部分开间为9895㎜，进深为8000㎜,总建筑面积为76.5㎡，现没有安装任何遮阳设施。

通过调研发现光环境存在以下问题：（1）靠窗一侧工作面照度大幅超出舒适照度标准；靠门一侧工作面照度全天均低于舒适照度标准，室内采光不均匀。（2）靠窗边的座位眩光严重。（3）靠窗一侧的照度水平过高带来眩光和高温的不良影响，导致室内通常处于白天拉窗帘开灯的情况。

3.办公空间外遮阳初步设计

3.1外遮阳形式的选择

外遮阳方式比较经济有效，研究表明，外遮阳所获得的节能收益为10％～24％，而用于遮阳的建筑投资则不足2％^[7]，因此本次改造项目仅选取外遮阳进行探究。同时依据本项目的窗口朝向初步拟定为综合遮阳或挡板遮阳，在此基础进行后续的详细设计。百叶遮阳可以用于任何朝向的遮阳，目前应用比较广泛，对建筑立面的影响相对较小，因此，在考虑基本遮阳形式的同时，将其作为初步遮阳形式设计的选择之一。

3.2外遮阳尺寸的计算^[8]

水平遮阳构件尺寸的计算主要包括两个方面，即外挑长度L和遮阳构件两翼的跳出长度d，计算公式分别为公式（1）和公式（2）。

L = H coth_s cosS_w 公式（1）

d = H coth_s sinS_w 公式（2）

式中 H——水平遮阳离窗户底部的垂直距离

h_s——计算时刻太阳高度角

S_w——墙面法线与太阳方位所夹的夹角，即 S_w = S_d- W_d

垂直遮阳外挑长度的设计计算公式如公式（3）所示。

N = M cotS_w 公式（3）

式中 N——垂直遮阳外挑长度

M——窗口一侧到相对一侧垂直遮阳半边的距离

S_w­——墙面法线与太阳方位所夹的夹角

本文的模拟研究均已沈阳市该办公空间为例，由于建筑位于北偏东30°，南向为正方向，墙的方位角W_d为-60°，房间内两个窗户尺寸宽×高分别为7800mm×2100mm和1600mm×2100mm,窗台高都为900mm。计算条件选择为秋分日下午四点，通过Ecotect找出了沈阳秋分日各个时刻的太阳高度角及太阳方位角，从中可以得到下午16:00时，

h_s为28.5°，S_d为-118.7°，S_w= S_d-W_d=58.7°，将数据代入公式（1）和公式（2）中计算得到L=1103mm, d=1812mm。按公式计算出的水平遮阳两侧需挑出1812mm才能满足满窗遮阳，由于挑出的尺寸较大，影响到周边的建筑空间，立面效果也不理想，很难采用，因此需结合垂直遮阳设计。将数值代入公式内得到垂直遮阳出挑长度N=1080mm,与水平遮阳出挑的距离相近，为了保证立面的整体美观，与水平遮阳取相同的出挑尺度。在通过公式计算的基础之上进行了数次软件模拟，发现仅大窗南向增加一个垂直遮阳板可满足满窗遮阳。

对于遮阳百叶的尺度设计，结合市面现行的百叶尺度及建筑的具体情况进行初步设计后进行模拟分析，本次针对办公空间共设置了四种百叶尺度结合上述分析计算，共拟定了5种遮阳方案。1.综合遮阳，尺寸为水平遮阳板挑出尺寸：1103

垂直遮阳板挑出尺度：1103；2.百叶遮阳，尺寸为宽：100间距：100；3.百叶遮阳，尺寸为宽：200间距：150；4.百叶遮阳，尺寸为宽：150间距：150；5.百叶遮阳，尺寸为宽：75间距：100。以上方案均满足满窗遮阳。

4外遮阳设计模拟分析

鉴于Ecotect软件快速易操作、分析的内容较为全面且计算结果准确直观，本研究采用Ecotect对以上遮阳形式进行采光分析，通过对模拟结果和相关评价指标进行对比，选出最佳遮阳方案。

在Ecotect中建立初始的模型，模拟时间选为夏至日6月21日上午9：30，在办公空间9895mm×8000mm的平面范围内建立了分析网格，网格设置为沿开间方向48个，沿进深方向40个，且分析网格位于标高750mm的工作面。模拟结果为：无遮情况，综合遮阳，百叶遮阳1，2,3,4,5的照度平均值分别为：653.3，507.48，461.49，475.40，500.82，520.62；采光系数为13.04，9.23，9.51，10.02，10.41；全天然采光百分比为98.51，97.17，96.81，98.04，98.16，98.34；照度均匀度为0.21，0.32，0.17，0.30，0.28，0.27。

5结论

外遮阳设施能够有效提升办公空间室内的光舒适性。就该项目而言，综合式遮阳、宽150mm间距150mm的百叶遮阳及宽75mm间距100mm的百叶遮阳方案均能满足标准的照度规范；但在采光系数及全天然采光百分比上进行考量，宽75mm间距100mm的百叶遮阳更具优势；由于办公空间内有一个分隔构件，对光线有明显的遮挡作用，此空间虽没有办公的职能，但导致室内的照度均匀度远远低于标准范围，可在后续改造中去除，这同时也证明了采光系数作为静态评价指标对光环境进行评价的局限性。

参考文献：

[1]朱颖屯.建筑环境学［M］.中国建筑工业出版社,２００１

[2]穆艳娟.基于光舒适的办公建筑光环境优化节能模型研究［D］.东南大学，2015

[3]刘加平.建筑物理[M].北京：中国建筑工业出版社，2009：37-52

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[7]连大旗.重庆地区建筑水平外遮阳的效果和策略研究[D].重庆大学,2010

[8]刘琦.王德华．建筑日照设计[M]北京：中国水利水电出版社