【摘要】任何的试验研究，都有其遵循的步骤，对于办公建筑的天然采光试验的研究，也有它所要遵循的章程。第一，理论结合实际，要分析试验模型与原型的相似度，寻找出最适合的办公试验模型。第二，由于天气状况多变，所以采用天然采光系数代替照度进行试验。第三，根据所得数据，在结合外界影响因素（比如窗台高、窗墙比等）分析数据误差，使其误差保持在可控范围之内。

【关键词】办公建筑；天然采光；试验研究

前言

所谓的天然采光，就是将日光引入办公建筑内部，然后将引入的日光进行合理的分配，为办公建筑提供更加理想化的照明环境。天然采光的运用，不仅可以减少照明用电，使得资源充分利用，还可以营造出一个动态的室内环境，在陶冶情操的同时也促使室内人员身心健康的发展。

1.模型相似度分析

所有的模型都会与原型存在误差。就说办公建筑的模型，它与办公建筑就存在有一些不同的特征参数，比如透光度、窗墙比等。为了验证模型与原型的相似度，我们进行了模型试验。

1.1 理论分析

试验模型采用的是一个比例为1：2的缩小模型，要求它与原型的几何结构、特征参数都相似或者相同。就对于室内的某一点的照度而言，由于模型与原型的相对应点的仰角和方位角相同，而且处于相同的位置所看到的天空大小是相同的，再加上有相同的透光度，所以缩小模型和原型相对应的点的照度是相同的。

1.2 模型计算分析

本文采用的是RADIANCE软件对模型进行了模拟计算，已知原型的长宽高分别为6*4*3（m），且窗户开在南向外墙之上，大小分别为3.2*1.5（m），窗台高为1m，透光率为0.502，天花板/内墙/地板的反光率分别为0.75/0.7/0.35，1：2的模型除了几何结构发生变化外其余参数都保持不变。在这样的条件下，分别对缩小模型和原型的室内照度进行数据记录，然后进行偏差比较，最后可以得出两者对应位置的照度值几乎一样。虽然存在有个别的偏差，这是因为所测点的绝对位置不同所导致的，属于可接受的范围。因此我们可以得出结论：缩小模型与原型的室内照度分布是一致的。

2.试验验证与分析

2.1模型简介

因为本试验研究的是天然采光，不对能耗进行要求，所以本试验的缩小模型采用大芯板搭建，围护结构的材料选择不受限制。

对于模型的建立，要求必须严格按照原型的几何结构和性能参数来建立。其尺寸大小应为3*2*1.5（m），窗户开于南向外墙之上，为了保证准确度，可以在搭建窗户时选择指南针作为辅助定位装置。模型为了保证足够的光照，所以要选在四周开阔，无遮挡的地方。根据办公建筑室内的构造，要求模型的内表面和天花贴有乳白色的壁纸，地板贴有地板革。为了保证和原型相同的透光率，可以在模型窗户的玻璃上贴有色玻璃贴，用WFZ-26型双光束紫外可见分光光度计来进行测试。最后窗墙比和窗台高的设置可以通过玻璃窗的部分遮挡来实现。

2.2天然采光系数验证

由于复杂的天气状况和外界其他因素的影响，会导致测试工况和模拟工况的室外照度值存在偏差。所以为了减少这样的偏差，我们采用了天然采光系数：室内某一天天然采光系数=该点的照度值/室外同一时间无遮挡水平面照度值。

根据公式可以看出，室外的照度越高，室内的照度也会增高，但是他们的天然采光系数是不变。结合这一结论，我们可以得出验证天然采光系数的分布是更加准确的。

在试验中，为了研究的方便，我们采用简化的方法，取距外墙相同距离工作面上多点天然采光系数的平均值，研究其进深方向的变化规律，從而得出规律结论。

2.3试验测试顺序与工况

本试验对进深处窗墙比、透光率还有窗台高对天然的采光系数的影响进行了测试，结合室外不同的照度的变化，最终将所有工况汇总到表1中：

2.4试验验证

2.4.1窗墙比

结合工况汇总表中工况1到工况4，分析了窗墙比对天然采光系数分布的影响，并制作成了对应了曲线（图1）其中虚线为测试工况对应的曲线，实线为模拟工况对应的曲线。（若无特别说明，以下图形实线和虚线的意思和图1的一样）

根据图1可以得出这些结论：①天然采光系数随窗墙比的增大而增大，曲线有下凹的趋势。②距离窗户越近的测点，窗墙比对天然采光系数影响越大，测试误差也越大。③测试工况对应的曲线均分布在对应曲线的上方，说明测试值还是比模拟值高。

2.4.2透光率

对工况表中，工况5到工况8研究的是透光率对天然采光系数分布的影响。并将所得到的结果进行数据处理，做成了曲线，如下图2所示：

结合图2可以得出以下结论：天然采光系数与透光率成线性关系；离窗户越近的地方，透光率对天然采光系数的影响越大，误差也越大。

2.4.3窗台高

对窗台高的研究分别是工况9到工况12。进行数据分析后得到了图3中的数据曲线。

根据图3，得出结论为：天然采光系数随着窗台高的增加而变大，曲线有上凸的趋势；距离窗户越近的地方，窗台高对天然采光系数的影响越大，且测试误差也越大；测试工况的曲线在模拟工况的曲线之上，说明测试值比模拟值要高。

3.结论

（1）从模型与原型的相似度的比较来看，理论模型与原型的室内照度分布具有很好的相似性。

（2）为了减少天气状况所造成的影响，试验中采用天然采光系数进行试验，通过试验表明，这是完全可行的。

（3）在特性参数的研究中，通过试验测试结果表明，窗墙比和窗台高与天然采光系数的关系是非线性的，而透光率与天然采光系数的关系是线性的。

（4）根据采光系数的定义，必须同时对室内、外照度进行测量。但是由于试验条件受限，所以在试验中先对室外照度进行测量，随后才是室内，因此出现了测试中的误差。并且根据试验证明，测点的测试顺序也会产生影响，具体是离窗户越近的测点和误差会越大。

（5）上午，室外照度会随着时间的变化而增大，所以，在测试中会出现天然采光系数的测量值比实际值大，误差为正；下午，随着室外照度随时间的变化而减少，所以，在测试中会出现天然采光系数的测量值比实际值小，误差为负。

参考文献

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作者简介

何立斌（1979.3.31），男，黑龙江省绥化市，工程师，工学学士，从事土木建筑实验技术教学及管理工作。