三林基地社区服务中心自然采光效果分析

■ 张 蕊 Zhang Rui

0 引言

自然光一直是建筑采光中的最佳光源，在建筑中采用自然光照明适应人的生理和心理需要，可以提高人们学习和工作的效率，有助于营建舒适而令人愉悦的生活环境。另一方面，自然光由于其无污染和可以再生性成为一种清洁光源，对于自然光的大量使用可以在降低污染的同时节约能源，对生态保护和能源节约有着积极的作用。

一般建筑的自然采光均可通过建筑外墙面开窗的方式实现，而对于进深较大的公共建筑，仅通过外窗难以将室外光线引入建筑内区，此外，地下空间的自然采光问题也越来越引起人们的广泛关注。在项目设计阶段采用适宜的被动式设计方案，不仅可有效解决此类建筑自然采光问题，还可避免因主动技术带来的增量成本问题。本文将结合上海市保障性住房三林基地社区服务中心项目，对各项被动式采光设计方案及其应用效果进行分析。

1 项目概况

上海市保障性住房三林基地社区服务中心是保障性住房配套公建，主要用作社区街道办事处、工商和水务的办公场所。中心总占地面积9 476.4m2，总建筑面积10 860m2，其中地上建筑面积9 342m2，地下建筑面积1 518m2。为充分利用自然光，本项目采取多种被动式采光设计措施，包括地下室下沉式庭院、建筑中庭采光顶、建筑中庭上方天井等(图1)。

图1 三林基地社区服务中心效果图

2 被动式采光设计方案

2.1 下沉式庭院

三林基地社区服务中心地下室为敞开式设计的半地下室，半地下室虽可利用凸出地面部分的外墙设采光通风窗，但由于本项目外墙突出地面部分高度最高只有1.5m，开窗面积受到限制，而地下室的高度超过4m，若窗洞口的采光面积很小，光线入射进深小，采光不均匀，难以达到较为理想的自然采光效果。

因此，本项目在建筑的南面采用了下沉式庭院的设计方案，庭院的地坪和地下室的地坪等高，宽度为3.9m，下沉式庭院不仅可大大增强自然采光效果，而且可减少甚至避免地下空间的封闭感，并可为人们提供半室外的休憩活动空间，丰富建筑空间环境的情趣(图2)。

图2 三林基地社区服务中心下沉式庭院照片

2.2 中庭采光顶及天井

三林基地社区服务中心从建筑设计的角度出发，在建筑设计之初就关注自然光的运用，结合建筑形体，在建筑内区4层以下设置了中庭，内区4层以上是与外部连通的天井，室外光线透过采光顶及外窗透明部分进入建筑内部，可有效改善室内光环境(图3、4)。

图3 三林基地社区服务中心中庭及天井自然采光示意图

图4 三林基地社区服务中心天井及中庭采光顶照片

3 建筑自然采光效果分析

为验证采用下沉式庭院、中庭及天井设计方案的自然采光效果，并将采光效果量化，本文采用Ecotect建模结合Radiance计算的方式进行模拟分析，且在模拟过程中考虑围护结构壁面反射比、玻璃可见光透过率等参数，以使模拟结果尽量符合实际情况，各参数设置如表1所示。

3.1 地下室自然采光模拟分析

地下室的自然采光模型和采光效果图如图5、图6所示，从图6可以看出，地下空间主要功能房间的自然采光效果良好。自然采光随时间、

表1 采光模拟参数设置[1]

季节变化，为了更好的评估自然采光效果，国际上常用“采光系数”（daylight factor）作为自然采光的评价指标，使用CIE 全阴天模型，考虑最不利条件下的结果。通过模拟得到地下空间的采光系数如表2所示，采光系数不低于0.5%的建筑面积比例为45.29%，其中厨房的采光系数标准值为3.3%，餐厅的采光系数标准值为3.93%，符合《建筑采光设计标准》(GB 50033-2013)的相关要求。

图5 地下室采光分析模型

图6 地下室采光效果图

3.2 室内空间自然采光模拟分析

为分析中庭采光顶对于建筑内区自然采光效果的影响，本文采用Ecotect软件进行了两次模拟，分析中庭设采光顶和不设采光顶情况下的室内自然采光效果，以社区服务中心的第一层为模拟对象的自然采光效果图如(图7)所示，从效果图(图8、9)中可以看出，当中庭设采光顶时，建筑内区敞亮，而当中庭不设采光顶时，由于室外光线无法引入建筑内部，导致建筑内区成了自然采光盲区。

表2 地下室采光系数

图7 室内采光分析模型

为分析中庭上方天井对于室内自然采光的影响，本文模拟了天井周边墙体设窗和未设窗两种情况下的室内自然采光效果，以社区服务中心的第四层为模拟对象的自然采光效果图如图10、图11，从效果图中可以看出，当周边墙体设置窗时，相邻的办公室、走廊等区域的自然采光效果良好，而当周边墙体未设置窗时，天井周边区域不能进行自然采光。

对社区服务中心第四层主要功能区域做进一步的分析，得出自然采光效果图如图12所示，采光系数如表3所示，从表中可以看出，采光系数不低于3%的建筑面积比例为79.65%，符合《绿色建筑评价标准》(DG/TJ08-2090-2012)中75%的要求。

图8 中庭设采光顶的采光效果图

图9 中庭不设采光顶的采光效果图

图10 周边墙体设窗的采光效果图

图11 周边墙体未设窗的采光效果图

图12 社区服务中心4F主要功能房间

表3 社区服务中心4F主要功能房间采光系数

4 结论

上海市保障性住房三林基地社区服务中心下沉式庭院、建筑中庭采光顶及上方天井等被动式采光设计方案的运用可有效改善地下室及建筑室内空间的自然采光效果，进而改善室内环境，节约照明能耗。在目前保障性住房大规模建造的形式下，这种低成本的采光设计方案对于类似的保障性住房配套公建具有示范意义。