室内昼光眩光的计算与评价

室内日光眩光的计算与评价摘要：本文介绍了室内日光眩光的计算和评价方法，利用计算机程序对日光眩光进行模拟计算和评价。关键词：天然光环境眩光计算机模拟一、引言光环境是建筑环境的重要组成部分。 良好的光环境不仅可以满足人们的生活和工作功能要求，还可以创造丰富的艺术效果。 人眼在长期进化过程中适应了天然光，在天然光环境中具有更高的视觉效果。 同时，天然光是不可用尽的资源，利用天然光可以节约大量照明电力，减少自然资源的消耗和有害气体的排放，达到节约能源和保护环境的目的。 因此，天然采光是绿色照明的重要内容之一。窗户是最主要的采光形式，也是人与自然的交流媒体。 建筑师在设计时，采用大面积玻璃窗和玻璃窗，为室内空间营造明亮的气氛，构成了室外空间有表现力的建筑立面。 在过分重视光的艺术效果的同时，窗户引起的日光不舒适眩光对天然光环境质量影响很大。 因此，需要进行科学准确的计算，为建筑师提供设计依据。计算机技术的迅速发展使利用计算机模拟自然光成为可能。 因此，笔者制作了计算日光眩光的计算机程序，通过输入所设定的计算条件，使程序提示日光眩光的计算结果，以供设计者参考。2 .研究情况英、美、法和比利时等国家对窗户的不舒服眩光进行了深入研究，并在计算和评价方法上取得了很大成果。 以下从评价原则、计算和评价方法以及评价标准的几个方面作简单介绍。2.1评价原则即使在白天，建筑物的室内也多使用人工照明。 因此，在计算室内日光眩光时，必须考虑室内常设辅助照明(PSALI )的影响。 为了预测室内的不舒适眩光，必须综合考虑日光和人工照明两方面的作用。评价时，原则如下(1)两种情况下的不舒服眩光的程度需要分别计算(2)如果两种情况下的眩光分别被接受，两者重叠的结果也满足了要求(3)如果两种情况下的眩光都不能被接受，那么最终重叠的结果也不能被接受(4)一种情况下的眩光可接受，另一种情况下的眩光不可接受，因情况而异。本文不考虑人工照明眩光的影响，即假设人工照明设计满足不舒适眩光的要求，只要在某个条件下考虑室内常设照明的条件下室内日光不舒适眩光的计算和评价，室内照明就只会影响背景亮度。2.2计算和评价方法各国学者提出了几种计算和评价日光不舒适眩光的方法。6070年代，Cornell大学和英国Hopkinson研究了大面积光源的不舒适眩光，并对窗户的不舒适眩光(Gn )提出了以下计算公式Gn=0.478(1)DGI=10logGn(2)奢侈=(3)其中，Ls的光源亮度、单位cd/m2Lb视野内的室内各表面的平均亮度、单位cd/m2布朗窗的总立体角，单位球面度(Sr )考虑多馀位置校正窗的立体角、单位球面度(Sr )P位置指数P.Chauvel考虑到窗外的景色、地面和天空的亮度的差异，对上述公式进行了修正Gn=0.478(4)其中，Ls是通过窗户看到的天空、遮蔽物、地面的亮度、单位cd/m2Lb观察者视野内的室内各表面的平均亮度、单位cd/m2Lw窗的平均亮度，单位cd/m2布朗窗的总立体角，单位球面度(Sr )考虑多馀位置校正窗的立体角、单位球面度由于上述DGI公式存在固有矛盾，有些学者用其他评价方法评价了日光眩光。 有些学者引进了统一眩光值UGR公式来计算。 Toshie等人提出了预测人眼对眩光的感觉的PGSV式，我国学者提出了利用无眩光舒适度(e )来评价日光不舒适眩光。各国学者继续进行日光不舒适眩光的计算和评价的研究，但根据每个人的实验条件和被实验者的不同结果差异很大。 然而，目前Hopkinson提出的日光眩光指数仍然是评估日光眩光的最常用方法。2.3评价标准我国学者对生产现场窗口的眩光进行了许多实测和评价，参照国外有关标准，于1991年11月15日发表并实施了工业企业采光设计标准 50033-91。 其中第四章“采光质量”的4.0.2规定侧窗的不舒适眩光必须符合表1的规定。3日光眩光的计算机模拟基于现有的理论和研究成果，笔者制定了计算日光不舒适眩光的计算机程序WGI，并在程序中采用了P.Chauvel的计算公式。3.1 WGI计划介绍程序的主要功能是通过计算不同条件下的昼光眩光指数来从限制昼光眩光的角度来优化窗的大小和位置。 程序计算多个窗户的眩光效果，并考虑窗外景色对窗户亮度的影响。输入条件如下所示城市地理信息：城市、所在省、经度、纬度、光气候区房间参数：几何尺寸、反射比、评分位置、背景亮度窗参数：几何尺寸、窗比例、透射系数可选择的天空类型： CIE全晴空和CIE全阴空计算时间：用户可以选择一年中任何一天的任意时间。输出结果如下所示窗户细节：窗户面积、透射率、窗户平均亮度和窗户天空平均亮度、窗户眩光常数等日光眩光指数DGI；防眩光舒适性e。用户还可以将这些详细计算结果输出到文本文件中。3.2程序应用程序3.2.1小房间模型为了研究各种因素对日光眩光的影响，这里建立了小房间模型。 房间的各参数如下所示房间尺寸： W=3.6m、L=6m、H=3m窗口参数： h=1.5m、w=1.2m、hs=1.2m观测点位置： X=1.8m、Y=5m、Z=1.2m室内各表面的反射率参数如表2所示房间的尺寸如图1、图2所示。计算内容：从窗户看的50%和100%的空的窗玻璃透过率为86%和44%。 房间装修颜色为明亮和深色，分别计算了春分、夏至、秋分、冬至四个节气的4个房间的阳光眩光指数。 计算地区是北京地区。这里，使用桌面radiance软件计算了平均亮度。 该软件用作当前流行的计算机辅助设计CAD平台上的插件，可以向用户提供三维建模和交互式功能，并利用放射性合成图像系统提供渲染和分析结果。 建立光环境设计和分析，优化采光和照明系统的工具软件。将各参数输入WGI程序中，通过计算可获得各种情况下的日光眩光指数，整理后可得到以下各图。根据上述计算结果，可以得到以下结论(1)太阳的位置和窗户的方向一致时眩光感最显着(2)提高室内反射比可以降低不舒服的眩光感(3)降低玻璃的透射率可以降低不舒适眩光的感觉(4)如果缩小窗户看天空的面积，就能降低不舒服的眩光感。3.2.2大房间模型近年来，玻璃幕墙建筑由于其鲜明的个性和美学特征而受到设计者的欢迎，在城市中出现了越来越多，我国也建立了大量的玻璃幕墙建筑。 但是，大面积的玻璃幕墙直射阳光的入射多，室内的人看到明亮的天空的机会多，带来强烈的日光眩光，给室内的人的工作带来了不良影响。 这也成了玻璃窗帘的焦点之一。 利用现场测试和主观感觉(如图4所示)对某玻璃幕墙建筑室内的日光眩光情况进行了计算和评价，并相应地对玻璃幕墙建筑室内的日光眩光进行了修正。房间的各尺寸如图5、图6所示图7是窗的平面图(窗的编号顺序是从南到北)测试条件天气条件：晴天测试时间： 2005年4月28日下午16点50分至17点10分测试设备和设备： BM-3手持式亮度计、照度计、标尺(最小单位为mm )、一台数码相机考试人数： 2人测试内容和步骤：(1)亮度的测定测试共选择三个观测点，这些观测点都选择房间的中心线，距窗户墙面的距离分别为1m、2m、3m，高度为1.2m。 在每个观测点测量各窗户和窗框、人眼可以看到的天花板、墙面、地板的亮度。(2)人眼的主观感觉在每个测量点，观察者主观地评价日光眩光。(3)房间几何参数的测定测量房间的各几何参数和窗户的几何参数。(4)测量房间内的各表面反射比这里，用照度计测定了扩散反射表面的反射系数。 选择不受直接光影响的被检面的位置，使照度计的受光器紧贴在被检面的某个位置上，测定入射照度ER，使受光器的受光面向相同的被检面的原来位置逐渐偏移离开，照度值稳定后，读取反射照度Ef。 反射系数通过=Ef/ER式求出说明：因为天空的亮度分布随时间的变化，所以测试要在短时间内完成，必须选择尽可能少的测量点。 以各窗的中心点为测试点，以测试值为该窗的平均亮度的窗框的中心点为测试点，以测试值为该窗框的平均亮度。 墙面测试共选择了3个测试点，墙面平均亮度为3个测试值平均值的天花板选择了3个测试点。 前两个测试点是天花板的白色面板的亮度值，第三个测试点是灯具格栅表面的亮度值，在地面上，对于亮区域和暗区域分别选择了两个或三个测试点进行了测试。背景亮度Lb的确定背景亮度Lb是根据壁面的平均亮度、天花板的平均亮度、地板的平均亮度通过面积的加权平均求出的。 壁面平均亮度是各测试值的算术平均值的天花板的平均亮度，根据天花板的白色面板的平均亮度和灯具格栅表面的平均亮度以面积加权平均得到的地面的平均亮度，是以各自的比例加权平均地面上的亮度高的区域的平均亮度和阴影区域的平均亮度而求出的。 灯具占天花板面积的9%，风口占4.5%，其馀部分占86.5%。 影子在地面上所占的比例为11.97%。窗户的高度修正房间的层高为2.6m，所以上部的窗户部分隐藏，在观测点实际能看到的窗户高度为1.9m。从相似三角形计算，在测试点1、2、3能看到上层窗户的实际高度分别为1.6103m、1.65422m、1.732m。整理实验数据输入WGI程序，计算出的计算结果如表3所示。计算方法1 :把所有的窗户作为一个整体来计算。 根据公式在Gn=0.478中，Ls和Lw是所有窗户的平均值，是所有窗户的累计值。计算方法2 :基于式G=0.478计算了每个窗对整体眩光常数的贡献，但将所有窗的平均亮度作为Lw来计算。计算方法3 :根据式=0.478分别计算并相加所有窗户的眩光常数。人的主观感觉从人的主观感觉来看，在观测点1、2、3处人眼的主观感觉是不舒服还是无法忍受，另外，3个观测点的眩光的不舒适度依次为测定点1 测定点2 测定点3，测定点3处眩光已经无法忍受。 测试中没有遮挡太阳的直射光，人眼的不快感很大程度上来源于太阳的直射光。 实际拍摄的照片如下所示。 图9、图10、图11、图12。通过三种计算方法获得的结果比较，方法1获得的结果较小，不符合人的实际主观感觉，方法2和方法3获得的结果接近于实际情况。 由于大型窗和玻璃幕墙的玻璃表面的亮度变化范围较大，所以传统的计算窗户眩光的方法无法计算窗户整体的平均亮度，无法反映极端的状况，计算结果和实际状况存在较大的偏差，因此在使用大型窗和玻璃幕墙进行日光眩光的计算中，将窗户分割，对每个窗户分割的原则是亮度的差异的大小，将亮度的差异比一定值小的部分作为一个计算区域，从该区域的眩光指数的计算中取该区域的平均亮度。四、结论室内阳光眩光的存在影响人们正常的视觉工作和视觉舒适性，因此必须采取一定措施限制室内阳光眩光。 影响日光眩光的因素是多方面的，例如窗户的亮度、窗户的大小和形状、背景的亮度等，这些因素同时起作用。 一般的采光设计可以采取以下措施来减弱日光眩光(1)职场的配置，防止员工直接看天空(2)窗边呈斜面，窗边、窗盖、窗框和窗框的细节部分设有明亮的表面，以缓和对比度(3)使用透射率低的玻璃材料降低天空的亮度(4)用