摘 要：以不同采光口設置的 3個房間為例，以采光系數(DF)、采光量(DA)、有效采光照度(UDI)為評價指標，選擇全年動態采光模擬軟件 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工作面上的 DF、DA_300、UDI100-2000等指標及分布情況，可知：同一房間不同模型內各指標的平均值非常接近，誤差基本上在 1%以內，且這些指標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、準確地模擬建筑采光情況。這為建筑采光縮尺模擬的動態評價實驗的實施，提供了有力的數據支撐。

　　關鍵詞：動態評價實驗;相似原理;采光量;有效采光照度

　　1　建筑采光評價指標的確定

　　對某一房間來說，室內采光質量的好壞，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是靜態評價指標，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，回避了室外復雜的天氣狀況及變化，與建筑所在的地理緯度無關，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的 DF，不足以全面證明縮尺模型方法評價建筑采光的準確性。

　　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評價指標，并得到了廣泛的認可和應用[10��11]。國內學者也對這些指標展開了一些應用研究[12��13]。DA指房間工作面上某點僅依靠天然采光達到最低照度值(視房間功能而定)的時間比。假如一年中從上午 8點至下午 18點為每天工作時間，工作面上某點的采光照度大于300lx的每天平均時間為 8h，則該點的 DA將細化為 DA_300，且為 80%。UDI指房間工作面上某點天然光照度在一定范圍內的時間比。根據視覺需求，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反映工作面上各點照度在時間分布上的統計情況;若結合各點在工作面上的位置，將各點DA、UDI繪制成圖，就可反映各點照度在空間分布上的統計情況。如果通過模擬，可證明同一房間不同縮尺比例模型內的 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、準確地反映建筑實物的采光動態情況。

　　2　建筑采光動態模擬分析工具

　　當前，建筑光環境模擬軟件非常多，超過一半的軟件是基于 Radiance平臺開發的，大多軟件可以實現相當精度的室內靜態天然光環境模擬[14]。而全年動態采光模擬軟件 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提出的天然光系數法(DaylightCoefficientmethod)，可根據建筑當地的氣候數據，動態模擬室內全年各種氣象條件下的采光情況[7]，主要結果除了 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評價的主要模擬分析工具。根據 Daysim的使用手冊[15]，結合本文的研究目的，模擬計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，定義圍護結構各部分的材質，特別是與光環境相關的參數，如光反射比、光透射比等;確定工作面高度和模擬網格布點距離;導入房間所在地的權威氣象數據。2)然后，將房間的幾何模型導入 Daysim中，確認模型導入無誤、材料設定正確，定義模擬所需的相關參數，如工作時間表、遮陽設置等，之后運行模擬計算，直至計算完成，生成包括 DF、DA、UDI在內的各種采光評價指標的計算結果文件。3)最后，將各個評價指標的計算結果文件依次再導入 Ecotect中，就會生成偽色圖、可視化這些評價指標在工作面上的分布情況，并得出這些指標的平均值。

　　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置的 3個房間為研究對象，分別命名南向窗、北向窗、雙側窗，詳見圖 1。房間高 3m，門高 2��1m，窗高 1��5m，窗臺高 0��9m，無遮陽設施;圍護結構的光學參數見表 1。房間中心離地 0��75m高的 2��7m×3��9m平面設為工作面。假定這些房間位于成都，故采用成都典型氣象年數據(CSWD)。房間最低照度設為 300lx，故 DA應精確為 DA_300。

　　3.2　模擬結果的分析圖 2比較這些模型內 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，與開窗面積大小有關，故“南向窗”的 DF與“北向窗”的 DF比較接近，而 “雙側窗”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系。成都位于北緯 30°～31°，故DA_300排序為 “雙側窗”>“南向窗”>“北向窗”，UDI100-2000排序卻為“北向窗”>“南向窗”>“雙側窗”，說明“北向窗”房間的采光最好，沒有強烈直射光，而其他 2個房間存在“采光過度”，易引起眩光。

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

　　4　結 論

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

　　模擬結果顯示：同一房間 4種不同縮尺比例的模型內各指標的平均值非常接近，誤差基本上在1%以內，而且這些指標在模型內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、準確地模擬建筑采光情況，這為今后實施建筑采光縮尺模擬的動態評價實驗提供了有力的數據支撐。

　　參 考 文 獻：

　　[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聲學縮尺模型材料的吸聲系數測定[J].華南理工大學學報(自然科學版)，2014，42(11)：85��91.

　　《建筑采光縮尺模型動態評價實驗的模擬驗證》來源：《四川建筑科學研究》，作者：王春苑，歐陽金龍。