大学教室组合式侧窗采光系统优化研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:shenshenxiaomo
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普通教室作为学生停留最久的学习场所,其光环境质量关乎着学生的生理、心理健康,提高教室中天然光的利用率有利于提高学生绩效、缓解疲劳、节约能源。目前已有许多针对侧窗建筑空间的采光优化技术,但对适合重庆等阴天为主地区的采光系统的研究工作较少。本文以重庆地区高校单侧窗普通教室为研究对象,通过实地调研分析其在天然采光方面的问题。通过对国内外采光系统的文献研究,提出教室光环境的优化设计策略,开发出一种新型的性能高效、成本可控、维护方便、易于安装的适合重庆等阴天为主地区的组合式侧窗采光系统。原理是利用光的反射将窗口附近的光线重定向到顶棚,再利用顶棚的漫反射将光线引入到教室深处,控制教室近窗区域过量的光线并提高远窗区域光照水平,改善单侧窗教室进深方向上光线分布不均的问题,提高天然光的利用率。该系统包含三个主要部分,即以采光百叶窗为核心组件,以高透射率采光窗和反光板为附加采光组件,以穿孔帷幕为附加遮阳组件。采用三段式设计,将窗口分成上部的高透射采光窗和下部的透射率适宜的观景窗,在上段设置采光百叶窗并配合高透射率双层玻璃提高系统的防尘性能,在中段设置反光板提高对天然光的收集能力,在下段设置穿孔帷幕提高近窗区的遮阳性能。利用radiance和daysim等采光模拟软件,从全年的照度水平和视觉舒适度两方面指标,通过对比实验法和遗传优化算法研究组合式侧窗采光系统的三个主要组件的性能影响规律和适合重庆地区的最佳设计参数。采光百叶窗不同的因素水平的取值在不同尺寸的教室中的表现趋势具有较高的一致性,采光性能均随着角度的增加而先增加后降低,随着间宽比的增加在南向教室逐渐变差,在北向教室则先提升后降低,叶片宽度对采光百叶窗性能的影响不显著,可根据实际条件进行调整;采光百叶窗的安装高度在条件允许范围内越低采光效果越好,结合已有研究、中国青少年体质数据和相关建筑规范,建议设置在2.2米高度。北向教室更适合CPC弯曲式反光板组件,南向教室更适合平直式反光板组件。在重庆地区日照较强的5月至8月全天开启穿孔遮阳帷幕时,无论是南向还是北向教室,近窗处和远窗处的采光效果都有着进一步提升,50%的穿孔率在南向和北向教室均表现最为优异。设置组合式侧窗采光系统后可显著提升南向和北向教室的天然采光质量,北向教室的提升作用更大。南向教室的UDI4502000lx提升约25%达到70.2%,其中近窗区域的UDI4502000lx提升约142%、远窗区域提升约20%。北向教室的UDI4502000lx提升约31%达到81.5%,其中近窗区域的UDI4502000lx提升约102%、远窗区域提升约68%。且极大地减少了眩光的可能性,可将南向教室的UDI>2000lx控制在33%以下,北向教室控制在8%以下。最后通过缩尺模型法验证组合式侧窗采光系统的实际性能。为单侧窗建筑空间的采光优化设计提供理论和实测依据。结果表明采光系统即使在阴天也对重庆普通教室的光环境有着明显的改善作用,可将远窗区的照度提升40%~43%,天然光的有效入射深度也从距窗4m提升到5m,验证了采光系统的有效性。本文主要的研究工作及成果有:(1)通过实地调研总结出重庆高校单侧窗普通教室在采光上存在的问题;(2)提出一种新型的组合式侧窗采光系统,并对其性能影响因素进行研究,得出适合重庆地区的最佳设计组合;(3)利用缩尺模型实验法验证了采光系统的有效性,可较好地提升高校单侧窗普通教室的采光效果,具有较高的实际推广和应用价值。
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