基于PKPM模拟的绿色住宅自然采光优化研究

发布时间：2025-02-16 05:24

绿色住宅通常拥有更多的自然光线，有利于提高生活幸福感。 #生活乐趣# #生活质量# #绿色生活方式# #生态住宅#

发表时间：2021/6/11 来源：《基层建设》2021年第5期作者：石岩菲

[导读] 摘要：本文旨在借助PKPM模拟技术对无法满足正南朝向的住宅偏移角度进行探讨，以III类光气候区的典型城市Z城为例，采用定量分析法，选取带凸窗的典型单元户型对室内光环境进行分析，最终推导出住宅设计自然采光优化策略：建筑主要朝向在不超过南偏东30°至南偏西30°，住宅采光效果最佳；此结论可为夏热冬冷地区的住宅设计提供借鉴。

        中船第九设计研究院工程有限公司上海市
        摘要：本文旨在借助PKPM模拟技术对无法满足正南朝向的住宅偏移角度进行探讨，以III类光气候区的典型城市Z城为例，采用定量分析法，选取带凸窗的典型单元户型对室内光环境进行分析，最终推导出住宅设计自然采光优化策略：建筑主要朝向在不超过南偏东30°至南偏西30°，住宅采光效果最佳；此结论可为夏热冬冷地区的住宅设计提供借鉴。
        关键词：PKPM；自然采光；住宅；优化策略
        1 研究背景
        我国近年来新建住宅数量庞大，人们对住宅的期待也从最初的小康型转变为集舒适美观于一体的绿色住宅，由于地理位置的差异，不同气候区的住宅对朝向的适应性不尽相同，《建筑采光设计标准》GB 50033—2013中规定：居住建筑的卧室和起居室（厅）采光不应低于采光等级Ⅳ级的采光系数标准值，且应进行采光计算，同时纳入了评价自然采光指标：采光系数、室内天然光照度，以及采光均匀度、不舒适眩光指数等。本文采用逐点照度模拟计算法，通过调用美国Radiance计算内核，利用蒙特卡洛算法优化的反向光线追踪算法，对每一个网格取一点进行迭代照度计算。算出的照度值En与室外照度Ew的比值百分比即为该点的采光系数计算值。
        2 设计策略
        研究发现，在前期设计阶段，有不少设计者忽视非正南朝向住宅的偏移角度对采光的影响，通过批量问卷的方式，对一线住宅设计者进行线上调查，共调查了30位业内设计者，调查结果发现，有21人之多，在设计过程中，将契合地形走向考虑在住宅的朝向之上，住宅的朝向只需满足基本规范即可；针对这一现状，笔者在经验的基础之上试图探究三个朝向：南偏东45°（项目实际角度）、南偏东30°、南偏东对住宅采光的影响并给出策略性建议，住宅的自然采光是评价绿色住宅的重要手段，相比于户型改动，借用计算机模拟技术探究住宅的朝向对自然采光的影响，且这一策略在方案前期阶段即可成为设计的考虑因素，可有效地节约成本，与绿色建筑设计的理念相契合。
        3 模型建立
        本项目属于III级光气候区，光气候系数K值为1.00，室外天然光设计照度值Es为15000.0lx。侧面采光窗地比不小于1/5。《建筑采光设计标准》GB 50033-2013中对居住建筑天然采光的要求，具体到本建筑的采光系数为:III级光气候区的住宅卧室、起居室的采光系数标准值为2.0。
        模拟参数设置如下：①选取Z城的气象参数；②选用CIE全阴天天空条件进行模拟；③网格与墙体间距：0.2m，模拟空间网格间距：0.5m，本项目划分网格数：776个。
        3.1 结论
        建立模型后分别对同一单元的三个户型进行模拟，角度分别选定为南偏东45°，南偏东30°，南偏东15°进行模拟，笔者收集的相关数据如表所示：
        表1 采光系数

        表2 采光系数

        表3 采光系数


        图1 南偏东15°照度分布图
        三个角度的模拟结果显示，住宅在满足窗地比的限定条件下，角度在南偏东45°时，起居室和卧室的采光系数均不满足限值，南偏东30°和南偏东15°时，起居室卧室均达到限值，且角度越偏向正南，采光系数越高。由此推断出，住宅设计时，在无法满足正南朝向时，偏移角度尽量避免大于30°，即为不超过南偏东30°至南偏西30°时，采光效果最佳。
        4 结语
        我国住宅基数大，经济总量较多，在方案设计前期结合环境因素考虑采光性能不仅可以获得经济效益，更能提高住宅的舒适度，减少照明能耗，缓解身体疲劳，笔者在理论分析的基础之上，提出采光优化构想，基于Z城的光气候条件，建立PKPM-Daylight模型，以各类采光标准为前提，推导出非正南朝向住宅的适应性角度，对于Z城以及III类光气候的住宅自然采光设计具有借鉴意义。
        参考文献：
        [1]GB50033-2013建筑采光设计标准[M].中国建筑工业出版社, 2013.
        [2]王有为,秦佑国.绿色建筑评价标准[J].上海住宅,2006(9):104-111.
        [3]吕俊华,彼得•罗,张杰.中国现代城市住宅[M].清华大学出版社,2003.
        [4]李蒙,沈上满,杨悦.基于人居环境的住宅自然采光策略浅析[J].四川建筑, 2012(04):58-60.
        [5]刘涛,肖姝颖.天津地区住宅建筑典型户型自然采光模拟分析[J].绿色建筑,2014, 000(004):P.72-74.
        作者简介：石岩菲（1993-12），女，汉族，籍贯：安徽省安庆市，当前职务：设计师，当前职称：助理工程师，学历：硕士，研究方向：建筑设计。

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