王民治 李 偉 林 耕

(天津城市建設(shè)學(xué)院規(guī)劃與建筑系，天津 300384)

1 引言

隨著我國村鎮(zhèn)城市化進(jìn)程的加快，有關(guān)農(nóng)村住宅的設(shè)計(jì)與研究也愈加顯得重要。作為住宅室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的重要組成部分，采光尤其受到農(nóng)村住宅用戶的重視。本文以天津薊縣邦均鎮(zhèn)某具有封閉中庭的大進(jìn)深農(nóng)村住宅為例，利用數(shù)值模擬方法對(duì)該住宅的采光現(xiàn)狀、存在問題以及采光優(yōu)化方案進(jìn)行了模擬與比較分析，提出了有關(guān)該類型農(nóng)村住宅采光設(shè)計(jì)的一些建議，從而為農(nóng)村住宅采光設(shè)計(jì)提供量化的數(shù)值參考依據(jù)。

2 實(shí)例現(xiàn)狀概述

該住宅位于天津薊縣邦均鎮(zhèn)三百戶村，該村人口集中，大約1600人。該村鎮(zhèn)住宅布局比較集中，大都擁有一個(gè)庭院，并圍繞庭院布局各生活生產(chǎn)房間，多南北朝向布置起居和臥室 (如圖1所示)，東西朝向布置一些輔助用房。

由于該戶人口較多，需要足夠數(shù)量的使用房間以滿足其日常生活起居。實(shí)際中，該住戶采用了加大進(jìn)深的辦法以增加功能房間的數(shù)量，而沒有采用其他方法。究其原因:一是因?yàn)槎踊蛉龑有欠孔≌问綍?huì)增加土建成本預(yù)算，同時(shí)也會(huì)對(duì)鄰戶或者后方住宅人家產(chǎn)生遮擋;二是因?yàn)楫?dāng)?shù)鼐用竦纳盍?xí)慣，平房形式的住宅符合住戶的日常生活起居習(xí)性，其他形式的住宅還不能滿足住戶的需求。因此，在符合基本生活模式的住宅形式基礎(chǔ)上，住戶加大了房屋的進(jìn)深以獲得足夠量的主要使用房間數(shù)。

圖1 實(shí)例住宅平面及實(shí)景照片與軟件模型

平面房間布置上，門廳、過廳和穿套空間構(gòu)成到達(dá)各房間的交通線路 (如圖1所示)，門廳左側(cè)是三個(gè)南北向延伸的臥室;門廳右側(cè)中部是兩個(gè)小臥室;小臥室北向是兩個(gè)儲(chǔ)藏空間，南向?yàn)榧彝テ鹁邮?起居室右側(cè)是廚房、餐廳等一些輔助空間。由于該實(shí)例住宅主要使用房間的平面功能相對(duì)復(fù)雜，房間較多。因此，在空間劃分的同時(shí)，如果不做出相應(yīng)的處理，勢(shì)必會(huì)造成一些房間的自然采光差的局面。

為解決中部主要使用房間的采光問題，該住戶采用了以下措施:①通過利用密閉式采光中庭 (如圖2所示)來增加和改善室內(nèi)部分主要使用房間的自然采光，如臥室2、臥室3和臥室4受到中庭采光的影響;再如中庭右側(cè)的雜物間1亦是受到中庭空間的采光影響。②利用開啟局部小天窗來解決和處理部分使用房間光線不足的情況。如廚房的位置，由于餐廳和廚房的南北縱深方向上設(shè)計(jì)進(jìn)深較大，廚房僅僅依靠南向餐廳來獲得自然光照是很微弱的，需要增加室外自然光照或是增加人工照明。然而，正是因?yàn)閺N房和雜物間2的屋面位置分別開啟了小天窗 (如圖2所示)，使得在補(bǔ)充和改善室內(nèi)原有采光方面起到了顯著的效果。③利用隔墻上窗洞口 (如圖1所示)補(bǔ)充采光。為補(bǔ)充臥室2和臥室3的采光量，在南向臥室1和臥室2的隔墻上加開了窗戶，以此來增加臥室2和臥室3的采光量。

圖2 實(shí)例住宅中的天窗

3 室內(nèi)采光現(xiàn)狀數(shù)值模擬與分析

為進(jìn)一步了解該住宅室內(nèi)房間的采光情況，我們利用數(shù)值模擬的手段對(duì)各個(gè)房間的采光情況進(jìn)行了模擬分析。作為目前室內(nèi)采光分析中一種十分重要的手段［1～2］，數(shù)值模擬具有靈活性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)，是一種較為先進(jìn)的采光分析方法。我們采用的模擬軟件為英國IES建筑性能集成化分析軟件(IES VIRTUAL ENVIRONMENT，版本:6.2)。該住宅各房間模擬后室內(nèi)現(xiàn)狀采光 (如圖3所示)，其各房間現(xiàn)狀采光系數(shù)最低值如表1所示。

圖3 室內(nèi)房間采光模擬結(jié)果

表1 室內(nèi)各房間采光模擬數(shù)值

從上面表格可以看出，多數(shù)房間是滿足我國采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于主要使用房間采光系數(shù)最低值的規(guī)定的，只有少數(shù)房間沒有達(dá)到采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

為了分析采光中庭對(duì)該住宅采光效果的影響，我們還模擬了該住宅不設(shè)采光中庭時(shí)的各主要使用房間的采光情況，即通過在軟件建立的模型中把采光中庭上方的高側(cè)窗取消 (只留中庭北向的高側(cè)窗)的情況。其模擬結(jié)果如圖4所示。此時(shí)，受到中庭空間影響的各主要使用房間如臥室2、臥室3和臥室4的采光系數(shù)最低值分別為0.26%、3.41%、0.11%。

圖4 取消中庭高側(cè)窗后的采光模擬結(jié)果

通過對(duì)模擬結(jié)果的比較可以看出:臥室2在有中庭高側(cè)窗采光情況下，模擬得出該房間采光系數(shù)最低值是0.45%，取消中庭高側(cè)窗 (只留下北向高側(cè)窗)后，模擬得出該房間的采光系數(shù)最低值變?yōu)?.26%。存在中庭采光時(shí)臥室2的采光系數(shù)最低值要比無中庭采光時(shí)高出73%，因此，采光中庭的存在，對(duì)于該大進(jìn)深住宅中一些主要使用房間的采光量增加的效果是顯著的。是一種較好的處理部分主要使用房間采光量不足的方法，具有改善該大進(jìn)深住宅室內(nèi)采光質(zhì)量的實(shí)際意義。

4 中庭及北臥室采光優(yōu)化與模擬分析

(1)中庭采光優(yōu)化模擬分析

中庭的使用在改善實(shí)例住宅局部主要使用房間的采光方面是有其積極意義和作用的，但該采光中庭所采用的高側(cè)窗，對(duì)于中間臥室2和臥室4的采光量的補(bǔ)充是有限的。在分析中間臥室2和臥室4采光不足的原因時(shí)，我們認(rèn)為一方面是由于臥室2西向無法開窗 (與其他戶公用隔墻)和臥室4處于中部的現(xiàn)狀導(dǎo)致;另一方面是由于受到中庭高側(cè)窗的位置和開窗形式的限制所導(dǎo)致。我們?cè)趯?duì)中庭高側(cè)窗改造時(shí)，是在不改變?cè)型ジ邆?cè)窗的總面積之和的前提下 (留有中庭北向的高側(cè)窗)，在模擬模型中將中庭的采光口改為平天窗的形式，并進(jìn)行了采光數(shù)值模擬，結(jié)果如如圖5所示。此時(shí)，受中庭影響的各主要使用房間如臥室2、臥室3和臥室4的采光系數(shù)最低值分別為0.57%、3.36%、0.42%。

圖5 中庭采用平天窗后的采光模擬結(jié)果

通過對(duì)中庭改造優(yōu)化前后的模擬結(jié)果比較可以看出:臥室2在采用原中庭高側(cè)窗采光情況下，模擬得出該房間采光系數(shù)最低值是0.45%，中庭優(yōu)化后模擬得出臥室2采光系數(shù)最低值變?yōu)?.57%。中庭優(yōu)化后的臥室2的采光系數(shù)最低值比原有現(xiàn)狀臥室2的采光系數(shù)最低值提高了27%。由此看出，優(yōu)化后的采光中庭對(duì)于該大進(jìn)深住宅中一些主要使用房間的采光量增加的效果是十分明顯的。

(2)北向房間采光優(yōu)化

原有北向臥室3(如圖1所示)開啟了兩個(gè)大小相同的北向采光口，該房間的采光系數(shù)最低值為4.52%，遠(yuǎn)超過采光標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于臥室1%的采光系數(shù)最低值的規(guī)定。我們?cè)趯?duì)該房間采光口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，采用了兩種方案:方案1在所建立的模型中將臥室3的兩個(gè)窗洞口減為一個(gè)，且中庭采光口形式不變。模擬后得到該房間的采光系數(shù)最低值變?yōu)?.32%，能夠滿足采光標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，但下降幅度較大。方案2臥室3依然只保留一個(gè)窗洞口，將采光中庭的采光口改為上文中提及的平天窗形式，此時(shí)得到該房間的采光系數(shù)最低值變?yōu)?.36%，比方案1的數(shù)值提高了近50%。由此我們可以進(jìn)一步看出，采用平天窗的中庭的采光效果更好，同時(shí)，采用平天窗后，減少了北向房間窗戶的開啟，在充分保證采光效果同時(shí)，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能也是十分有利的［3］。

5 結(jié)論

首先，大進(jìn)深農(nóng)村住宅采用中庭采光是一種較好的解決采光問題的方法，我們通過對(duì)比分析得出:受到中庭采光影響的臥室2、臥室3及臥室4等主要使用房間，采用中庭采光對(duì)這些主要使用房間采光的補(bǔ)充和增加效果是十分明顯的。

其次，本案例中沿中庭東西側(cè)布置的房間，當(dāng)中庭采用平天窗采光時(shí)，房間的采光效果更好:在不改變采光口面積的前提下，中部及北向主要使用房間的采光系數(shù)值提高了約30%。

最后，以北臥室3為例，利用數(shù)值模擬的方法提出了優(yōu)化房間采光口的設(shè)計(jì)，即利用數(shù)值模擬分析手段提供采光口大小和形式的量化數(shù)值的參考，在確保主要使用房間采光較好的前提下，最大限度地減少外圍護(hù)結(jié)構(gòu)窗洞口的開啟，從而達(dá)到采光與節(jié)能一體化的效果。

［1］Danny H.W.Li，Ernest K.W.Tsang.An analysis of daylighting performance for ofice buildings in Hong Kong.Building and Environment 43(2008)1446～1458.

［2］周雪帆，陳宏，李保峰.基于節(jié)能的高層辦公建筑自然采光設(shè)計(jì)策略研究 ［J］.城市建筑，2010(08).

［3］張濱，李桂文，趙建平.基于采光能效概念的住宅采光窗口設(shè)計(jì)研究［J］.照明工程學(xué)報(bào)，2010(04).