建筑光學(xué)應(yīng)用——天然采光(1)(已修改)
2024-09-28 20:58 本頁面
【正文】 第 2章 天然采光 本章要點(diǎn) : 、天空亮度分布和采光系數(shù) （側(cè)窗和天窗） ? 從第 1章中的視覺功效試驗(yàn)曲線來看，人眼在天然光下比在人工光下具有 更高的視覺功效 ，并感到舒適和有益于身心健康。 ? 太陽能是一種巨大的安全的清潔光源，室內(nèi)充分地利用天然光，就可以起到 節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境 的作用。 視覺功效曲線圖 光氣候和采光系數(shù) 要點(diǎn)： 。 、影響因素、分區(qū)和光氣候 系數(shù)。 。 ? 一、光氣候 ? 所謂光氣候，就是由 太陽直射光、天空漫射光和地面反射光 形成的天然光平均狀況。 圖 21天然光組成 （ 一 ） 天然光的組成和影響因素 ? 太陽直射光 —— 它形成的照度大 ， 并具有一定方向 ， 在被照射物體背后出現(xiàn)明顯的陰影； ? 天空漫射光 —— 使天空具有一定亮度 ， 它在地面上形成的照度較小 ， 沒有一定方向 ， 不能形成陰影； ? 地面反射光 —— 太陽直射光和天空漫射光射到地球表面上后產(chǎn)生反射光 。 天空中云多少用云量表示： 云量劃分為 0～ 10級(jí) ， 它表示天空總面積分為 10份 ，其中被云遮住的份數(shù) ， 即覆蓋云彩的天空部分所占的立體角總和與整個(gè)天空立體角 2π 之比 。 晴天 —— 云量為 0～ 3級(jí)天 。 中間天空 —— 介于晴天與陰天之間的天空類型 。 陰天 —— 云量為 8～ 10級(jí)天。 CIE標(biāo)準(zhǔn)一般天空 —— 分為晴天空、陰天空和中間天空三大類，其中每個(gè)大類天空各包含 5小類不同的天空類型，它們涵蓋了大多數(shù)實(shí)際天空。 1. 晴天 天空漫射光照度 —— 在太陽高度角較小時(shí)（日出、日落前后）變化快，到太陽高度角較大時(shí)變化小。 太陽直射光照度 —— 在總照度中所占比例是隨太陽高 度角的增加而較快變大（圖 22），陰影也隨之而更明顯。 圖 22 晴天室外照度變化情況 實(shí)測表明，晴天空亮度分布是隨大氣透明度、太陽和計(jì)算點(diǎn)在天空中的相對(duì)位置而變化的，其規(guī)律： 1）晴天空亮度分布以太陽子午圈（過太陽和天頂?shù)慕?jīng)線）對(duì)稱； 2）最亮處在太陽附近； 3）離太陽愈遠(yuǎn)，亮度愈低，在太陽子午圈上、與太陽成90176。角達(dá)到最低。 圖 23 天空亮度分布 （ a）無云天 2. 陰天 全陰天時(shí)天空全部為云所遮蓋，看不見太陽，因此室 外天然光全部為漫射光，物體后面沒有陰影。這時(shí)地面照度 取決于： （ 1）太陽高度角。 （ 2）云狀。 （ 3）地面反射能力。 （ 4）大氣透明度。 以上四個(gè)因素都影響室外照度，而他們本身在一天中 也是變化的，必然會(huì)使室外照度隨之變化，只是其幅度沒有 晴天那樣劇烈。 CIE標(biāo)準(zhǔn)全陰天的天空亮度，則是相對(duì)穩(wěn)定的，它不受太陽位置的影響，近似地按下式變化 （ 22） 式中 Lθ—— 仰角為 θ方向的天空亮度， cd/cm2； LZ—— 天頂亮度， cd/m2； θ—— 計(jì)算天空亮度處的高度角（仰角）。 ZLL 3s in21 ???? 全云天的天空亮度分布規(guī)律： 1）天空最亮在天頂處； 2）天空亮度最小在地平線附近； 3）天空亮度分布與太陽位置無關(guān)。 圖 24 天空亮度分布 （ b）全云天； *— 太陽位置 由于陰天的亮度低，亮度分布相對(duì)穩(wěn)定，因而使室內(nèi)照度較低，但朝向影響小，室內(nèi)照度分布穩(wěn)定。 地面照度 E地 （ lx）在 數(shù)量 上等于高度角為 42176。處的天空亮度 L42（ cd/m2），即 （ 23） 由式（ 22）和立體角投影定律可以導(dǎo)出天頂亮度 LZ（ cd/m2）與地面照度 E地 （ lx）的數(shù)量關(guān)系為： 42LE ??地ZLE ?97?地?cái)?shù)值 （二）我國光氣候概況 影響室外地面上總照度的主要因素： 1）高度角：同一時(shí)刻，北方比南方小； 2）日照率 (太陽出現(xiàn)時(shí)數(shù)和可能出現(xiàn)時(shí)數(shù)之比 ):由北、 西北往東南方向逐漸減少，以四川盆地一帶最低； 3）云量：自北到南逐漸增多，新疆南部最少，華 北、東北少，長江中下游較多，華南最多，四川盆地特多； 4）云狀：南方以低云為主，向北方逐漸以高、中云為主； 因此天然光構(gòu)成：南方天空漫射光照度較大，北方和西北以 太陽直射光為主。 低云 高云 四川盆地：年平均照度最低 二、光氣候分區(qū) 我國西北廣闊高原地區(qū)室外年平均總照度值高達(dá) klx；而四川盆地及東北北部地區(qū)則只有 klx，相差達(dá) 50％，故標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)室外天然光年平均總照度值大小將全國 劃分為 Ⅰ ～ Ⅴ 類光氣候區(qū)。 光氣候系數(shù) K 表 12 光氣候區(qū) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ K值 室外天然光臨界照度值（ lx） 6000 5500 5000 4500 4000 根據(jù)光氣候特點(diǎn)，按年平均總照度值確定分區(qū)系數(shù)，即
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