基于采光的赣北高校宿舍侧窗尺寸研究

马智超

（九江学院建筑工程与规划学院，江西 九江 332000）

0 引言

不同于中小学生，大学生的学习行为不仅仅发生于教室空间内。除了教室、图书馆等学习场所外，高校学生宿舍也是大学生们进行学习活动的重要场所，因此也需要重点考虑高校学生宿舍的天然光环境［1］。然而在赣北地区高校中，学生宿舍建筑多采用单侧边采光，再加上进深相对较大，使得宿舍的自然采光本身具有一定难度。因此高校学生宿舍天然光环境进行优化具有重要的意义。

1 赣北地区光气候特点

赣北地区是指江西的北部地区，主要包括南昌、九江、宜春、鹰潭、上饶和景德镇等地级市组成。赣北地区的水资源十分发达，位于长江南部，赣江下游，区域内还拥有着我国最大的淡水湖——鄱阳湖。与此同时，赣北地区地形以丘陵山地为主境内拥有着庐山、武功山、明月山、三清山等山脉。赣北地区属于亚热带季风气候，结合区域内宽广的水域、起伏的地形，使得赣北地区的降水丰富，雨季时间长，晴天时间相对较少［7］。

我国按照室外天然光年平均总照度的高低，将全国共划分为5个光气候区，其中赣北地区隶属于Ⅳ类光气候区。Ⅳ类光气候区的室外天然光年平均照度值Eq的范围处于22～24klx之间，室外天然光临界照度值为4500lx［8］。整体来看，相比较于其他光气候区，处于Ⅳ类光气候区的赣北地区可利用天然光时间相对较少，更加需要重视加大天然光的利用率。

2 研究对象及评价指标

2.1 研究对象

研究选取九江学院的某栋学生宿舍楼作为研究对象。该栋学生宿舍楼为南北向，位于校园的生活区见图1。通过对该宿舍楼进行实地调研，发现该宿层数为七层，平面布局采用内廊式，宿舍标准单元室内采用双侧边布置床位的方式，侧窗洞口居中。其中，宿舍标准间的平面尺寸为3600mm×6500mm，层高为3400mm，窗台高度为900mm，窗洞口的尺寸为1800mm×1800mm见图2。宿舍标准间的窗地比为1.04/7。

图1 宿舍位置

图2 宿舍标准间平面（单位：mm）

2.2 评价指标

采光系数C是指室内平面上的一点由全阴天天空漫射光所产生的照度与同时间地点下室外无遮挡水平面上由全阴天天空漫射光所产生的照度的比值，其反映的是全阴天情况下室内天然光照度情况［3］。在GB 50033-2013《建筑采光设计标准》中，对宿舍建筑的天然采光并未规定。但在《宿舍建筑设计规范》中，要求宿舍内的居室的采光系数标准值不应低于2%［9］。在GB 50034-2013《建筑照明设计标准》中，要求以地面为参考面的照度标准值不应低于150lx［10］。在GB 50033-2013《建筑采光设计标准》中，对于侧面采光和顶部采光统一采用平均值作为采光系数标准值和照度标准值，以反映出房间采光状况的平均水平［11］。因此文中对采光系数和照度的评价均采用平均值。

照度均匀度反映的是建筑室内照度分布的均匀程度，是衡量室内光环境的重要参数，其数值为室内照度最低值与室内照度平均值之比。根据《建筑照明设计标准》，宿舍建筑室内照度均匀度要求不低于0.40。

在《建筑照明设计标准》中，对学生宿舍室内光环境评价选取以地面参考面，但是在2020年中华人民共和国住房和城乡建设部发布的《建筑照明设计标准（征求意见稿）》中，将学生宿舍参考面由地面修改为0.75m水平［12］。相比较于以地面为参考面，以0.75m高度的水平面作为参考面更加符合高校学生的生活学习特点，研究针对高校宿舍自然采光的模拟，选取宿舍0.75m高度水平面上的采光系数、照度和照度均匀度3个参数变量为评价指标进行分析。

3 现状宿舍自然采光模拟

3.1 模型建立及参数设置

在斯维尔采光分析软件DALI中建立该栋宿舍楼模型，选取二层南向标准单元作为分析对象。在进行宿舍天然光环境模拟前，需要首先对相关参数进行设置，包括地理位置信息、室外天空类型、室内分析平面以及相关材质参数等。将模型地理位置设置为江西省九江市，采光系数模拟选取的天空条件设置为CIE全阴天天空，照度模拟的时刻为冬至日全阴天情况下的中午12：00，室内分析平面选取距离750mm处。根据实地考察，该宿舍的室内墙面及顶面均为白色粉刷材料，故将其反射比设定为0.75，地面反射比为0.3，玻璃为普通单层白玻璃，透射比为0.8见表1。

表1 模型参数设置

3.2 现状宿舍自然采光模拟结果

选取该宿舍楼二层南向标准单元进行分析，对全阴天天空条件下该宿舍的自然光环境进行模拟，得到宿舍的室内照度分布图和采光系数分布图，见图3、图4。根据模拟结果，计算优化前该宿舍的天然光照度平均值、采光系数平均值、照度均匀度等参数见表2。

图3 宿舍标准间照度分布

图4 宿舍标准间采光系数分布

表2 优化前宿舍单元光环境模拟结果

根据模拟结果，该宿舍单元天然光照度平均值为318lx，采光系数平均值为2.35%，采光系数最小值为0.45%，采光均匀度为0.192。从以上结果可以发现该宿舍的主要采光问题为天然光采光均匀度较低，房间较大进深处的采光系数较低，存在较大的面积的区域照度值低于150lx。而该宿舍标准间的窗洞面积较小，窗地面积比小于1/7，是该房间天然光采光不足的主要原因，因此在进行优化时，可以考虑增大房间窗洞尺寸。

黄庭坚强调炼句，多有奇妙之语，朝鲜诗人就经常取黄庭坚的诗语入诗，如李穑《又赋》说朋友“诗语自变如涪翁”[2](4辑，P282)，奇大升《围棋》表示“涪翁妙句心能会”[2](40辑，P25)，金锡胄《纳清亭》也“徘徊为觅涪翁句”[2](145辑，P229)，金镇圭《寿伯氏生朝》说哥哥“孤生已感涪翁语”[2](174辑，P56)。诗人们用黄庭坚诗语主要有三种形式：巧妙点化、稍作改动和直接引入。

4 宿舍侧窗洞口优化模拟

根据现状宿舍自然采光的模拟结果，考虑改变宿舍侧窗洞口的尺寸，并利用DALI软件对不同尺寸的侧窗洞口分别进行模拟，通过量化分析来探求不同侧窗洞口尺寸对宿舍自然采光的影响。考虑到双侧边布置床位为宿舍建筑常用的家具布置方式，此种情况下，宿舍单元通常采用侧窗居中的开洞形式。因此研究的优化模拟建立在侧窗居中的前提下。

4.1 侧窗洞口尺寸设计

宿舍侧窗洞口尺寸主要由窗高、窗宽以及窗台高3个参数组成。文中将所有侧窗洞口的窗台高均设定为900mm，仅仅考虑改变窗高和窗宽。为了分别研究窗高和窗宽两个参数对宿舍天然光环境的影响程度，文中设定两组对照组。A组仅仅改变窗洞口的宽度，以50mm为步长，设计1850、1900、1950、2000、2050、2100的6种窗宽的洞口；B组仅仅改变窗洞口的高度，同样以 50mm 为步长，设计 1850、1900、1950、2000、2050、2100这6种窗高的洞口。两组窗洞的窗台高度，以及窗中线的位置均完全一致。

4.2 侧窗洞口尺寸对宿舍天然光环境的影响

在DALI软件中分别对两组侧窗洞口进行模拟，根据模拟结果计算照度平均值、采光系数平均值和采光均匀度，并绘制成图表。

从图5、图6可以发现：

图5 窗宽、窗高与室内平均照度的关系

图6 窗宽、窗高与室内采光系数平均值关系

（1） 在全阴天的天空情况下，A、B两组侧窗洞口的宿舍内的天然光照度平均值和采光系数平均值随着窗洞尺寸的增大而增大，窗宽、窗高与宿舍天然光照度平均值，以及采光系数的平均值均基本呈线性关系。

（2） 从A、B两组侧窗洞口模拟数据来看，发现窗宽和窗高对宿舍内的天然光照度平均值影响程度存在一定差异。在保持窗台高度和窗中心线位置不变的情况下，增加窗宽对宿舍室内天然光平均照度以及采光系数平均值的改善作用更大。

从图7中可以发现：

图7 窗宽、窗高与室内照度均匀度的关系

（1） 在全阴天天空的条件下，随着窗宽或窗高的线性增加，宿舍天然光照度均匀度并不是呈线性变化。

（2） 当仅仅考虑增加窗宽时，随着侧窗宽度的增加，宿舍天然光照度均匀度呈现出先降低后增大最后再逐渐降低的变化态势。当侧窗宽度为1900mm时，天然光均匀度具有最大值。当侧窗高度为2050，2100mm时，天然光照度均匀度低于优化前。

（3） 当仅仅考虑增加窗高时，随着侧窗高度的增加，宿舍采光均匀度呈现出先增大后减少再增大的变化趋势。当侧窗高度为2100mm时，天然光照度均匀度具有最大值。

（4） 整体来看，增加侧窗高度对宿舍天然光照度均匀度的改善作用优于增加侧窗宽度。

5 结语

通过对赣北地区高校学生宿舍进行建模并模拟分析，发现该宿舍存在着室内天然光照度不均匀、进深较大处照度较低等问题。之后建立两组对照实验研究侧窗洞口的宽度及高度分别对高校宿舍室内天然光环境的影响，分析得出：

（1） 在窗台高度不变的情况下，侧窗洞口的宽度及高度对赣北高校学生宿舍的室内天然光照度、采光系数以及照度均匀度的影响具有差异性。

（2） 从室内天然光照度、采光系数层面考虑，相比较于增大侧窗洞口高度，增大侧窗洞口的宽度对赣北高校学生宿舍的天然光环境具有更优的改善效果。

（3） 从室内天然光照度均匀度的层面考虑，增大侧窗洞口高度对室内天然光照度均匀度具有改善作用；增大侧窗洞口宽度则有可能反而降低天然光照度。整体来看，增大侧窗洞口的高度对赣北高校学生宿舍天然光照度均匀度的改善效果更好。

文中研究了侧窗洞口的宽度及高度分别对赣北地区高校学生宿舍室内天然光环境的影响程度，为学生宿舍方案设计以及既有学生宿舍改造设计提供了参考。但是研究并未对室内眩光情况进行分析评估，在今后的研究中将结合室内眩光分析，以及全年动态采光分析进行补充，以得出更加合理全面的结果。