基于动态光环境模拟的地下中庭空间自然采光设计

摘要

地下建筑将在今后的城市化进程中扮演越来越重要的角色。对于地下空间来说，自然采光意义重大。通过中庭将自然光引入地下空间将有效改善其内部的整体光环境。现有研究大多采用静态光环境模拟的方法来评估建筑内部空间的采光水平，但基于气象数据的动态光环境模拟方法能够反映建筑空间在一个完整时间序列内的整体采光水平，这种研究方法更为科学有效。本文旨在将动态光环境模拟软件Daysim应用于地下中庭空间的自然采光研究，利用动态日光指标评估地下中庭空间的采光水平。 研究首先比较了常用的光环境评价指标，动态评价指标充分考虑了建筑朝向、使用时间以及全年中的各种实际天气情况的影响，是更为全面和系统地评价全年有效自然采光的综合指标，所以本文使用全自然采光时间百分比DA和有效天然采光照度UDI作为主要的评价标准，DA和UDI数值越高，动态光环境越好。随后通过计算机模拟，探究了中庭的光井指数、剖面形式和内表面反射系数对中庭空间光环境的影响。结果表明：（1）不同尺寸的中庭如果光井指数WI相同，其动态日光指标相差较小，即动态光环境结果十分相近；WI值在1.5~2左右时中庭空间的整体光环境最佳，这一结果比目前大多学者的结论（WI在3以内光环境较好）更切合实际，充分考虑了减少眩光；（2）如果光井指数不变，当中庭各层内表面材质一致时，其反射系数越高，DF和DA300平均值越高，UDI100-2000平均值则先增大后减小；如果将中庭内表面按层数分为上下两部分（-1~-3层与-4~-6层），当上下部分材质不同时，其反射系数的差距越大，中庭空间的DA300平均值越大，且上半部分内表面的反射系数影响大于下半部分；（3）地下中庭空间的剖面形式对其内部光环境有较大影响，三种剖面形式中倒金字塔型中庭整体光环境最佳，矩形中庭光环境次之，正金字塔型中庭光环境最差。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1研究背景

1.2研究意义

（1）提升地下中庭空间的舒适性

（2）有助于节能降耗

1.3.1地下中庭空间

1.3.2动态光环境

1.3.3自然采光

1.4.1中庭采光研究现状

1.4.2地下空间自然采光研究现状

1.4.3中庭天然采光研究方法

1.4.4研究现状评述

1.5研究问题与方法

1.5.1地下中庭空间光环境的现状如何？

1.5.2地下中庭空间光环境的评价标准如何？

1.5.3地下中庭自然采光如何进行优化设计？

1.6研究思路和框架

1.6.1技术路线

1.6.2论文框架

2 地下中庭空间动态光环境现状

2.1确定研究对象

2.2问卷调查

2.2.1问卷调查的设计

2.2.2调研对象及调研时间

2.3现场实测

2.3.1测量仪器——四合一多功能环境表

2.3.2测点选取

2.3.3测量时间及方法

2.4.1问卷调查结果及分析

2.4.2现场实测结果及分析

2.4.3整体情况

3 动态光环境的评价标准

3.1.1照度

3.1.2采光系数

3.1.3采光均匀度

3.2.1全自然采光时间百分比Daylight Autonomy (DA)

3.2.2有效天然采光照度Useful daylight illuminance (UDI)

3.3评价标准比较

3.4本文评价标准

4 地下中庭空间光环境模拟与分析

4.1.1光环境模拟软件的比较

4.1.2软件介绍

4.2 Daysim适用性研究

4.2.1三维建模

4.2.2模型参数设定

4.2.3模拟计算

4.2.4结果分析

4.3确定影响因素

4.4建立基本抽象模型

4.5模拟过程及结果分析

4.5.1中庭光井指数

4.5.2中庭内表面反射系数

4.5.3中庭剖面形式

4.6本章小结

5 结论与展望

5.1研究结论

5.2研究局限性

5.3研究展望

参考文献

附录1 调研日志

作者简历