摘 要：以不同采光口设置的 3个房间为例，以采光系数(DF)、采光量(DA)、有效采光照度(UDI)为评价指标，选择全年动态采光模拟软件 Daysim作为主要分析工具，通过模拟和分析 3个房间的 4种不同缩尺比例模型内工作面上的 DF、DA_300、UDI100-2000等指标及分布情况，可知：同一房间不同模型内各指标的平均值非常接近，误差基本上在 1%以内，且这些指标的伪色图也非常相似。从而证明了：缩尺模型可以在时间和空间上，更全面、准确地模拟建筑采光情况。这为建筑采光缩尺模拟的动态评价实验的实施，提供了有力的数据支撑。
关键词：动态评价实验;相似原理;采光量;有效采光照度
1 建筑采光评价指标的确定
对某一房间来说，室内采光质量的好坏，并不是简单地采用照度或亮度来衡量，通常会利用 DF来评价。DF是静态评价指标，简单易用。但是，DF仅考虑窗的特征、房间的特征、室外遮挡等影响因素，回避了室外复杂的天气状况及变化，与建筑所在的地理纬度无关，因而无法描述天然光的气候性与多变性，也不能表征采光口的朝向性等。在以多云天为主的天气状况下，采光系数评估方法会有较大的误差[89]。因此，仅比较房间与其缩尺模型内的 DF，不足以全面证明缩尺模型方法评价建筑采光的准确性。
近来，国际上提出了一些以采光量 (DaylightAutomoy，DA)、有效采光照度(UsefulDaylightIlluminance，UDI)为主的建筑采光动态评价指标，并得到了广泛的认可和应用[1011]。国内学者也对这些指标展开了一些应用研究[1213]。DA指房间工作面上某点仅依靠天然采光达到最低照度值(视房间功能而定)的时间比。假如一年中从上午 8点至下午 18点为每天工作时间，工作面上某点的采光照度大于300lx的每天平均时间为 8h，则该点的 DA将细化为 DA_300，且为 80%。UDI指房间工作面上某点天然光照度在一定范围内的时间比。根据视觉需求，常常被划分为 UDI<100(采光不足)、UDI100-2000(采光合适)、UDI>2000(采光过度)，分别指该点照度小于 100lx、大于等于 100lx且小于等于 2000lx、大于 2000lx的时间比。DA、UDI反映工作面上各点照度在时间分布上的统计情况;若结合各点在工作面上的位置，将各点DA、UDI绘制成图，就可反映各点照度在空间分布上的统计情况。如果通过模拟，可证明同一房间不同缩尺比例模型内的 DF、DA、UDI100-2000及其分布图相似度非常高，则可证明缩尺模型方法可全面、准确地反映建筑实物的采光动态情况。
2 建筑采光动态模拟分析工具
当前，建筑光环境模拟软件非常多，超过一半的软件是基于 Radiance平台开发的，大多软件可以实现相当精度的室内静态天然光环境模拟[14]。而全年动态采光模拟软件 Daysim，综合采用 Perez全气象条件天空模型、Radiance的蒙特卡洛采样和反向的光线追踪算法和 Tregenza提出的天然光系数法(DaylightCoefficientmethod)，可根据建筑当地的气候数据，动态模拟室内全年各种气象条件下的采光情况[7]，主要结果除了 DF、DA、UDI外，还包括 ContinuousDA、DA_max等，故 Daysim被选用为建筑采光缩尺模型动态评价的主要模拟分析工具。根据 Daysim的使用手册[15]，结合本文的研究目的，模拟计算的步骤可分为以下 3步：
1)首先，利用 Ecotect建立房间的三维几何模型，定义围护结构各部分的材质，特别是与光环境相关的参数，如光反射比、光透射比等;确定工作面高度和模拟网格布点距离;导入房间所在地的权威气象数据。2)然后，将房间的几何模型导入 Daysim中，确认模型导入无误、材料设定正确，定义模拟所需的相关参数，如工作时间表、遮阳设置等，之后运行模拟计算，直至计算完成，生成包括 DF、DA、UDI在内的各种采光评价指标的计算结果文件。3)最后，将各个评价指标的计算结果文件依次再导入 Ecotect中，就会生成伪色图、可视化这些评价指标在工作面上的分布情况，并得出这些指标的平均值。
3 缩尺模型的模拟分析案例
3.1 模拟分析的过程选定不同采光口设置的 3个房间为研究对象，分别命名南向窗、北向窗、双侧窗，详见图 1。房间高 3m，门高 21m，窗高 15m，窗台高 09m，无遮阳设施;围护结构的光学参数见表 1。房间中心离地 075m高的 27m×39m平面设为工作面。假定这些房间位于成都，故采用成都典型气象年数据(CSWD)。房间最低照度设为 300lx，故 DA应精确为 DA_300。
3.2 模拟结果的分析图 2比较这些模型内 DF、DA_300、UDI100-2000的全年平均值。分析该图可知：1)DF与开窗方向无关，与开窗面积大小有关，故“南向窗”的 DF与“北向窗”的 DF比较接近，而 “双侧窗”的 DF接近两者之和。2)DA_300、UDI100-2000与房间开窗方向性有很大关系。成都位于北纬 30°～31°，故DA_300排序为 “双侧窗”>“南向窗”>“北向窗”，UDI100-2000排序却为“北向窗”>“南向窗”>“双侧窗”，说明“北向窗”房间的采光最好，没有强烈直射光，而其他 2个房间存在“采光过度”，易引起眩光。
以上发现与建筑天然采光的理论相符合，说明了 Daysim模拟结果的正确性。而且由于房间原型的静、动态采光评价指标的平均值，与其相应的不同缩尺比例模型内指标基本上完全一样，误差基本上小于 1%。因此，可以判定：缩尺模型可以准确地评价建筑动态采光情况。
4 结 论
以不同采光口设置的 3个房间为例，确定 DF、DA、UDI等作为采光评价指标，选择全年动态采光模拟软件 Daysim作为主要分析工具，模拟计算 3个房间的 4种不同缩尺比例模型内工作面上的 DF、DA_300、UDI100-2000等指标及分布情况。
模拟结果显示：同一房间 4种不同缩尺比例的模型内各指标的平均值非常接近，误差基本上在1%以内，而且这些指标在模型内工作面上的伪色图也非常相似。从而证明了，缩尺模型可以在时间和空间上完整、准确地模拟建筑采光情况，这为今后实施建筑采光缩尺模拟的动态评价实验提供了有力的数据支撑。
参 考 文 献：
[1] COUTINHOCP，BAPTISTA A J，RODRIGUESJD.Reducedscalemodelsbasedonsimilitudetheory：Areviewupto2015[J].EngineeringStructures，2016，119：8194.
[2] 孙海涛，赵越?，吴硕贤.厅堂 1∶10声学缩尺模型材料的吸声系数测定[J].华南理工大学学报(自然科学版)，2014，42(11)：8591.
《建筑采光缩尺模型动态评价实验的模拟验证》来源：《四川建筑科学研究》，作者：王春苑，欧阳金龙。
