地下车库采光井设计参数优化研究

随着我国城市化发展和人们生活水平的提升，地下停车库已成为民用建筑配建标准。地下停车库虽不属人员长期停留的空间，但由于其特殊的使用性能，常要求24 h不间断照明，带来了较大的能耗。合理应用天然采光技术可大幅度降低地下车库照明用能，降低能耗，也可缓解地下室封闭环境带给人的消极影响，提高地下室环境舒适度。传统的地下空间天然采光方式包括天窗采光、侧窗采光、下沉庭院采光、采光井采光及光导管采光。受室外活动空间利用率、建筑造价和使用功能的限制，目前公共建筑地下车库的采光方式仍以采光井为主，故本文将地下采光井作为研究对象。为找出影响采光井采光效果的主要设计因素，本研究选取采光井设计中的几个重要参数，通过对比分析不同参数对采光效果的影响程度，为采光井的优化设计提供参考。1、研究方法及研究对象本研究选取的设计参数有采光井尺寸、采光罩玻璃透射比和采光井墙体倾角，采用Ecotect软件分别模拟不同设计参数下的地下室采光情况。按JGJ100—2015《车库建筑设计规范》第7.4.3条规定，机动车停车位的照度要求为30 lx，因此设定满足地下室照度达到30 lx的区域面积为有效照明面积，并以此作为采光效果评价指标，选取冬至日正午12时进行采光模拟。2、地下室采光井设计参数对采光效果的影响2.1不同采光井井口尺寸对采光效果的影响本研究选取多组采光井井口尺寸，在采光罩玻璃透射比和采光井构造相同的情况下，模拟不同的采光井井口尺寸在冬至日正午12时的有效照明面积，结果见表1，采光井面积与有效照明面积的关系曲线如图1所示。随着采光井尺寸的增加，有效照明面积呈线性增长。2.2不同采光罩玻璃透射比对采光效果的影响为分析采光罩玻璃透射比对采光效果的影响，本研究将采光井井口尺寸设置为2 850 mm×400 mm，通过调整采光罩玻璃透射比，统计不同采光罩透射比下采光井在冬至日正午12时的有效照明面积。随采光罩玻璃透射比的增加，其有效照明面积有所提升，采光罩玻璃透射比提高至80%后，有效照明面积增长率明显变缓，采光罩玻璃透射比对采光效果的影响程度有限。2.3不同采光井墙体倾斜角对采光效果的影响针对采光井墙体结构，一些研究提出可增加采光井墙体倾斜角以优化采光效果，具体优化方式如图3所示。通过改变墙体倾斜角A的度数，可相应改变进入地下室的光通量。本研究以尺寸为2 850 mm×400 mm的采光井为例，对比分析不同采光井墙体倾斜角下的有效照明面积。统计不同采光井墙体倾斜角的采光井在冬至日正午12时的有效照明面积如表3和图4所示。从表3、图4可看出，一定的采光井墙体倾斜角可提高地下室有效照明面积，采光井墙体倾斜角小于45°时，进一步减小倾斜角对有效照明面积的提升效果有限。增加墙体倾斜度会提高施工难度，在施工质量允许情况下，可设计采光井墙体倾斜角为45°，以提高采光井采光效果。上述研究表明，虽然采光罩玻璃透射比和采光井墙体倾斜角均对采光效果有一定影响，但受到构件性能限制，其提升效果有限，当采光罩玻璃透射比提高至80%以上，有效照明面积增长率逐渐变缓；采光井墙体倾斜角存在45°的临界角，当倾斜角在45°~90°，采光效果随倾斜角的减小有所提升，倾斜角小于45°后，进一步减小倾斜角对采光效果并无影响。采光井井口尺寸与有效照明面积之间呈线性关系，而实际工程中采光井尺寸会受场地限制，因此有必要就采光井井口尺寸对采光效果的影响做进一步定量分析。3、地下室采光井设计尺寸的定量分析为更好地反映采光井在全天中的采光效果，分别模拟不同采光井尺寸在冬至日自然采光时段（8∶00至17∶00）的有效照明面积，得出满足8 h自然采光照明的有效照明面积作为评价指标。4、地下车库采光技术应用效果分析本文以厦门市某项目地下室为例进行现场调研对本文研究效果进行现场验证。该项目地下车库照明设计中，在建筑南侧设4个采光井（2 850 mm×400 mm），东侧设计1个侧窗采光（3 000 mm×1 100 mm）。根据现场采光效果，通过采光井引入地下车库的室外光线均匀柔和，采光井将地下车库与室外环境连接，提升了人员在地下空间的舒适性。此外，通过Ecotect软件模拟对比了设置采光井和未设置采光井的采光情况，模拟时间为冬至日正午12时，仅通过入库车道进行自然采光，地下室内大部分区域光照条件差；而设置采光井后，采光井设置部位周边区域有较好的光照条件，可减少该部分区域人工照明装置的开启时间，从而达到节能效果。5、结论（1）设置采光井可改善地下车库的昏暗、潮湿阴凉的状况，提高地下空间舒适度，并可适当减少地下照明数量和时长，从而达到节能效果。（2）当采光罩玻璃透射比提高至80%，有效照明面积增长率逐渐变缓，采光罩玻璃透射比对采光井采光影响的作用效果有限。（3）采光井墙体倾斜角会