采光口设计对山东无棣县游泳馆天然采光的影响

2 采光口设计对山东无棣县游泳馆天然采光的影响 引言 体育类建筑具有投资大、运维成本高、空间大、不可控性、能耗高的特点。传统体育类建筑的设计往往更注重于美学和结构学方面的研究，建筑师往往舍弃天然采光而直接用人工照明来解决高要求的体育类建筑照明问题。体育类场馆光环境设计中，通过对天然采光的合理控制，可以有效节约能源并且更好地发挥场馆的使用功能及作用[1]。对于游泳馆而言，其对光环境的要求较为特殊和严苛，这也是游泳馆的功能所决定的。 山东省无棣县全民活动中心游泳馆位于山东省滨州市无棣县新城景观轴线端头，游泳馆建筑面积为12 925 m2，建筑基底面积为6 380 m2，建筑地上五层，现浇钢筋混凝土框架结构，建筑高度为22.55 m。游泳馆内布置一个尺寸为50 m×21 m×2 m的比赛池和一个尺寸为25 m×15 m×2 m的练习池，另外布置武术、跆拳道、体操训练室和健身活动场地。本项目的天然采光形式为顶部采光为主，侧高窗采光为辅，但屋顶采用何种采光形式既能满足天然采光标准要求，又可以避免眩光等不利因素，需要进行更细致的优化模拟及分析。本文利用天然采光模拟软件VELUX对不同天然采光形式进行模拟分析对比，并提出优化设计方案。 1 游泳馆天然采光要求 游泳馆作为一种特殊的公共建筑，其光环境设计优劣和运动员水平的发挥、裁判判断的准确性、观众观赛的舒适性以及电视转播的质量都息息相关[2]。有研究表明运行员长时间在全部使用人工照明的室内光环 2

境中比赛、训练，容易由视觉疲劳衍生出倦怠情绪。而在由自然光构成的室内光环境中，运动员会感到兴奋与刺激，有利于满足其比赛竞技的心理状态[3]。因此，本项目采用人工照明和天然采光相结合的方式，通过天然采光的合理设计最大限度的满足室内光环境要求，满足该游泳馆日常以训练、娱乐为主的功能要求，同时在比赛和夜晚、阴天等天然采光较弱期间辅以人工照明协同工作，将天然采光的舒适性和节能性优势最大化。 由于自然光本身具有良好的显色性等特征，因此对于游泳馆天然采光来说，要着重处理好的是采光系数标准，采光照度标准，均匀度标准以及避免眩光的产生[4]。 每种除草剂都具有特定的选择性和杀草谱，单一除草剂不能完全防除作物全生育期内的所有杂草，并且农田杂草的生物群落多种多样，而长期使用单一的除草剂又会引起杂草群落的演替，还可导致杂草抗药性的产生。除草剂的混用及混配可以扩大杀草范围、提高防效、延长适宜施药期、减少药害的产生、降低农药残留并延缓杂草抗药性的发生与发展，是提高除草剂应用水平的一项重要措施[14-16]。 1.1 采光系数及照度标准 采光系数和室内自然光照度的标准值常作为评价室内采光环境的基础指标。GB 50033—2013《建筑采光设计标准》4.0.14条规定，体育类建筑场地在主要用于训练或娱乐活动的情况下，顶部采光系数标准值为1%，室内天然光照度标准值为150 lx，如表1所示。综上所述，作为体 2

育类建筑的游泳馆，在满足日常训练和娱乐功能的需求下，场馆内水面天然光照度需达到150 lx，采光系数需达到1%。 兰博基尼擅长打造限量版车型，但这辆SC18无疑更具个人色彩。作为首款由兰博基尼Squadra Corse赛事运动部门联手兰博基尼设计中心和客户打造的one-off定制车型，SC18专为赛道驾驶打造并适用于公路，空气动力学和轻量化设计极致，灵感源自Huracán GT3 EVO和Huracán Super Trofeo EVO赛车，大型碳纤维尾翼可调节，采用770马力V12发动机搭配7速ISR变速箱，从排气系统到内饰造型都创意独到。SC18属于一位中国汽车收藏家和赛车手，而车身上的“Alston”是他儿子的名字。 表1 体育建筑的采光标准值 Table 1 Standard values of daylighting for sports buildings

采光等级场所名称侧面采光顶部采光采光系数标准值天然光照度标准值/lx采光系数标准值天然光照度标准值/lxⅣ体育馆场地、观众入口大厅、休息厅、运动员休息室、治疗室、贵宾室、裁判用房2.0%3001.0%150Ⅴ浴室、楼梯间、卫生间1.0%1500.5%75 注：采光主要用于训练或娱乐活动 1.2 采光均匀度标准 采光均匀度是用来揭示场馆内照度分布情况的物理量，是衡量室内光环境效果的又一关键指标[4]。对游泳馆场地来说，要防止出现较大的 2

明暗对比，若泳池场地均匀度较差，在馆内活动的人的瞳孔会随着明暗变化不断变大变小，引起视觉疲劳，影响训练、娱乐和比赛的效果。采光均匀度有两种表示方式：

(1) (2) 其中Cmin为最小采光系数，Cmax为最大采光系数，Cave为平均采光系数。 JGJ 153—2016《体育场馆照明设计及检测标准》4.2.2条将游泳馆的场地照明设计设定为一套标准，如表2所示，可知要满足游泳馆日常健身、训练及娱乐的功能，采光均匀度U2应不小于0.3。 1.3 合理的眩光控制措施 眩光就是视野中由于亮度的分布或亮度范围不适宜，或存在着极端的对比，以致引起不舒适感觉或降低观察细部或目标能力的视觉现象。直射光源在水池附近会产生严重的水面镜面反射和池底的反射，易产生眩光，极大地影响运动员和观众的视觉能力和视觉舒适性。如图1所示，光幕区的亮度远远高出水面的平均亮度，严重影响了对水中情况的 2

观看。即使通过安装直筒采光窗等方式可以避免直射光直接照入室内，但由于天气等原因，也只能在一定程度上限制直射光照入室内，仍易造成自然光直接照射易形成眩光，如图2所示。因此，水面眩光的控制是游泳馆室内采光设计的重要部分，水面眩光无法完全消除，但可以通过合理的采光方式选择及采光口设计尽量减少其带来的不利影响。 表2 游泳馆场地照明标准值 Table 2 Standard values of field lighting for swimming pools

运动项目等级Eh/lxEhU1U2Evmai/lxEvmaiU1U2EvauxEvauxU1U2RaLED R9Tcp/KⅠ.健身、业余训练200—0.3——————65—4 000Ⅱ.业余比赛、专业训练3000.30.5——————Ⅲ.专业比赛5000.40.6——————游泳、跳水、水球、花样游泳Ⅳ.TV转播国家比赛、国际比赛—0.50.71 0000.40.67500.30.58004 000Ⅴ.转播重大国家比赛、重大国际比赛—0.60.81 4000.50.71 0000.30.5Ⅵ.HDTV转播重大国家比赛、重大国际比赛—0.70.82 0000.60.71 4000.40.690205 500 2

图1 游泳馆水面眩光 Fig.1 Water glare in swimming pool

图2 直筒采光窗采光效果图 Fig.2 Daylighting effect of straight tube window 2

1.4 VELUX模拟软件的适用性 VELUX DAYLIGHT VISUALIZER是一款兼具准确性和迅捷性的可视化建筑天然采光分析软件，可以帮助设计人员在建筑设计之前，通过准确地模拟采光量，对天然采光效果及空间效果有一个正确的、直观的了解，模拟天然采光照明的最大误差低于5.13%，平均误差低于1.29%[6]。软件和SKETCH-UP有良好的对接性，可提供不同的窗体布置、玻璃性能、室内墙面、天空光量、地理位置、建筑方位等等不同条件下的建筑天然采光分析比较，便于设计者找到最理想的采光方案。 2 屋顶采光方式的选择 通常游泳馆跨度较大，复杂的屋面结构对天然采光有较大影响，加重天然采光的不稳定性和不均匀性，易产生不必要的光污染，为减少结构对采光的不利影响，本项目的游泳馆顶部采用变截面钢筋混凝土梁结构，如图3所示。

图3 游泳馆内变截面梁 Fig.3 Beam with variable cross section in the Swimming Pool 2

游泳馆采光方式的选用是其采光设计的首要问题。侧窗采光具有设计简单、施工简便、构造和结构易处理的特点[5]，但由于游泳馆进深较大，仅靠侧窗采光会造成场馆内远窗点照度偏低，导致室内采光不均匀，同时侧窗采光若安装角度与人视线角度较小还会产生直接眩光。相比较而言，利用顶部采光在室内照度方面要比相同面积利用侧窗采光高出2～5倍[7]，同时其在采光均匀度、眩光控制和阴影控制上性能也更加优异，但顶部采光也存在构造、设计较复杂的特点。因此，基于水面眩光对游泳馆使用有较大影响，本项目以顶部采光为主，主要依靠顶部采光达到其采光照度和均匀性，并辅以少量高侧窗进行采光，优化建筑立面美学特性，使二者的优点集中发挥，取长补短。而作为本项目的主要采光方式，屋顶采光口的选择和设计是本项目的难点也是本文研究的重点。 2.1 顶部采光形式的比选 建筑顶部采光通常分为天窗采光和利用导光管、光导纤维等天然采光新技术，如表3所示。根据使用要求不同，产生了各种不同的天窗形式，常用的有平天窗、矩形天窗、锯齿形天窗等形式。其中平天窗虽然比同样面积的其他天窗采光效率高，但易引起游泳馆建筑最应避免的眩光问题；而相比与矩形天窗，锯齿形天窗可以把光线反射到背对窗户的室内墙壁上，消除直射光产生的眩光，同时，锯齿形天窗的采光效率比矩形天窗高15%～20%[8]。作为天然采光新技术，导光管、光导纤维、采光搁板和导光棱镜窗均具有减少眩光，提高室内采光均匀度的优势。对于游泳馆而言，采光搁板不适合于进深较大建筑，导光棱镜窗的使用会